六方BaTi-,1-x-Co-,x-O-,3-δ-基新型NTC熱敏陶瓷材料的結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)研究.pdf

1、負(fù)溫度系數(shù)(negative temperature coefficient,簡稱為NTC)熱敏材料的電阻率隨溫度升高呈指數(shù)形式降低,在溫度測(cè)量和溫度補(bǔ)償?shù)确矫嬗袕V泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的NTC熱敏電阻材料是具有尖晶石結(jié)構(gòu)、以過渡金屬氧化物為基礎(chǔ)的陶瓷材料,如Mn-Ni-O系和Mn-Ni-Co-O系等。由于材料微結(jié)構(gòu)存在高溫穩(wěn)定性差的局限性,尖晶石結(jié)構(gòu)的NTC熱敏材料的使用溫度通常局限在300℃以下、并易發(fā)生性能老化現(xiàn)象。本論文以BaTiO3基

2、陶瓷材料為研究對(duì)象,研究鈷摻雜對(duì)材料晶體結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),隨Co含量增加,材料由四方結(jié)構(gòu)向六方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,并具有良好的NTC效應(yīng)。本論文主要開展了以下研究工作:
　　 (1)采用濕化學(xué)法制備了BaTi1-xCoxO3-δ(x=0.01,0.05,0.1,0.2,0.3,0.4)粉體,用傳統(tǒng)燒結(jié)工藝得到陶瓷材料。研究了Co含量對(duì)BaTi1-xCoxO3-δ陶瓷晶體結(jié)構(gòu)和電性能的影響。隨Co含量增加,材料的晶體結(jié)構(gòu)由四方相轉(zhuǎn)

3、變?yōu)榱较?。?dāng)x=0.2時(shí),材料為純六方相結(jié)構(gòu)；Co含量繼續(xù)增加時(shí),材料體系中開始出現(xiàn)Ba2TiO4第二相。當(dāng)x=0.2、0.3和0.4時(shí),材料顯示出良好的NTC效應(yīng),B50/120常數(shù)分別是3187、2968、和2648 K,室溫電阻率分別為是7.33×105、8.31×104和7.25×104Ω·cm。研究得出,陶瓷材料的電阻.溫度特性與德拜溫度[I]有關(guān):在[I]D/2以下,材料電阻率隨溫度升高而升高；在[I]/2以上,材料電阻率

4、隨溫度升高而降低。用小極化子理論解釋了這種現(xiàn)象。
　　 (2)通過交流阻抗分析研究了材料NTC效應(yīng)的導(dǎo)電機(jī)理以及晶粒、晶界對(duì)電性能的不同貢獻(xiàn)。結(jié)果表明,在BaTi0.8Co0.2O3-δNTC材料中同時(shí)存在局域化導(dǎo)電(即小極化子跳躍導(dǎo)電)和長程導(dǎo)電(即能帶導(dǎo)電)的兩種導(dǎo)電機(jī)制。對(duì)x=0.2和x=0.3的NTC材料,電性能主要是晶粒效應(yīng)起作用,晶界效應(yīng)的作用較小。
　　 (3)研究了三種助燒劑對(duì)BaTi0.8Co0.203

5、-δ陶瓷的燒結(jié)性及電性能的影響。結(jié)果得出,添加助燒劑后降低了材料的燒結(jié)溫度,在950～1050℃燒結(jié)即可得到主相為六方結(jié)構(gòu),致密度明顯提高的陶瓷樣品。Li-P-Ti-Co-O作為助燒劑能得到NTC效應(yīng)良好的陶瓷樣品。B-Zn-Si-Li-O玻璃相或B2O3作為助燒劑也能有效提高材料的燒結(jié)性,但降低了材料NTC性能。交流阻抗研究得出,晶界和晶粒效應(yīng)共同對(duì)材料的電性能起作用。
　　 (4)研究了La、Sb和Bi施主摻雜對(duì)BaTi0.