Zn 掺杂对 Ni-Mn-Cu-O 系 NTC 热敏电阻的影响研究
发布时间：2018-3-22 访问人数：2102次
Zn 掺杂对 Ni-Mn-Cu-O 系 NTC 热敏电阻的影响研究
汪洋 1，王忠兵 2， 李凤霞 2，汶建彤 2，陈春年 2，张大伟 2
（1.南京时恒电子科技有限公司，江苏 南京 211121；2. 合肥工业大学化学与化工学院，安徽 合肥 230009）摘要:采用传统固相反应法制备了 Ni0.5Mn2.38-xCu0.12ZnxO4(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8)系列热敏电阻产品，并使用了 XRD、SEM、XPS 等表征手段考察了其晶体结构、微观结构和成份。研究结果表明：随着 Zn 含量的增加，Ni0.5Mn2.38-xCu0.12ZnxO4 固溶体的晶体结构从立方尖晶石转变成四方尖晶石，电阻率和 B 值呈现逐步增加的趋势，老化值迅速减小。的热敏电阻是指其电阻值随温度的升高而呈近乎指数减小的一类温度敏感型电子元器件。这类电阻因具有对温度敏感、价格低廉、响应速度快、工作温度范围宽和互换性好等诸多优点得到了极大的发展，广泛用于测温、控温、补偿、稳压、遥控、流量流速测量以及时间延迟等设备中，在家电领域、汽车、医疗器械等领域被大量使用[1]。NTC 热敏电阻其核心组成是封装在其内部的NTC 热敏陶瓷，该类陶瓷通常是由若干种 3d 族过渡金属氧化物在高温下反应形成的具有尖晶石结构的一类无机功能材料。Ni-Mn-O 尖晶石作为负温度系数(negative temperature coefficient，NTC)热敏陶瓷的母体材料，对其研究一直深受关注。该体系的阳离子分布和导电机理是：Mn2+离子占据尖晶石结构中四面体位置（A 位），Ni2+离子、Mn3+离子和 Mn4+离子占据八面体位置（B 位）；电子在位于尖晶石结构 B 位中的Mn3+离子和 Mn4+离子之间跳跃而产生的跳跃电导，其电阻率的大小同 Mn3+离子和 Mn4+离子的浓度积密切相关[2-3]。根据导电机理，很多研究者通过向 Ni-Mn-O体系掺入 Fe、Co、Zn、Cu、Mg、Al、Cr、Si 等元素可以获得电学性能参数各异的 NTC 热敏陶瓷材料体系，这些材料体系在一定的成份范围内和温度下可以获得尖晶石单相，且电阻率和热敏常数 B 值在很大的范围内(2000K-5000K)可调，为工业上不同电学性能参数的 NTC 热敏陶瓷的生产提供了有力的配方保证[4-11]。在工业生产中为了获得较低阻值的 NTC 热敏电阻 (25°C 电 阻 率 <1000 Ω•cm) ， 通 常 需 要 使 用Ni-Mn-Cu-O 配方体系。在体系中引入 Cu 元素可以大幅降低其电阻率，但该体系制成的 NTC 热敏电阻产品具有较大的老化值，而且 Cu 含量越多，老化值越大，严重制约了低阻值 NTC 热敏电阻产品的应用[12]。本文针对 Ni-Mn-Cu-O 配方体系具有较大老化值的现收稿日期： 通讯作者：王忠兵 E-mail: zbwang@hfut.edu.cn 基金项目：安徽省自然科学基金（1208085ME85）、国家科技型中小企业创新金（07C26213210427）、国家火炬计划（2008GH010619）作者简介：汪洋（1961 年 4 月－），男，江苏南京人(籍贯)，高级工程师，南京时恒电子科技有限公司总经理，主要从事热敏电阻的工业化生产和研发。E-mail: WY200201@126.com.研 究 与 试 制
象，在该体系中引入 Zn 元素，考察对该体系结构、电学性能和老化现象的影响。
南京时恒电子科技有限公司为中国电子元件行业协会（CECA）理事单位、中电元协敏感元器件与传感器分会常务理事单位，中国电源协会会员单位，《电子元件与材料》常务理事单位。公司为“国家高新技术企业”，“江苏省民营科技企业”。建有经江苏省科学技术厅批准的“江苏省NTC热敏陶瓷材料工程技术研究中心”，具有很强的研发实力。
时恒电子是集研发、生产、销售为一体的民营科技企业，产品有NTC热敏电阻器、NTC温度传感器、PTC热敏电阻器和氧化锌压敏电阻器等敏感元器件，其中NTC热敏电阻器系列产品涵盖了浪涌抑制、温度补偿、精密测温、温度控制等应用，是国内专业生产热敏电阻及其温度传感器的骨干企业。
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