一种ZnO基负温度系数热敏电阻材料制造技术

本发明专利技术涉及一种符合制备具有电阻负温度系数(NTC)热敏电阻的材料。本发明专利技术的NTC热敏电阻材料以氧化锌为主要成分组成，通过改变所述成分组成中各元素的含量达到调节热敏电阻元件的室温电阻率和材料常数B值的目的，实现宽范围室温电阻值和材料常数B值的调节。本发明专利技术涉的NTC热敏电阻材料具有原料来源广、原料成本低、室温电阻率值和材料常数可调控的特点，适合制备热敏陶瓷电阻元件、厚膜热敏电阻元件、薄膜热敏电阻元件。本发明专利技术的NTC热敏电阻适用于温度测量、温度控制、抑制浪涌、线路补偿和红外探测等应用领域。

A ZnO-based Thermistor with Negative Temperature Coefficient

The invention relates to a material conforming to the preparation of a thermistor with a negative temperature coefficient of resistance (NTC). The NTC thermistor material of the present invention is mainly composed of zinc oxide. By changing the content of each element in the composition, the room temperature resistivity and material constant B value of the thermistor element can be adjusted, and the wide range room temperature resistance value and material constant B value can be adjusted. The NTC thermistor material of the invention has the characteristics of wide source of raw materials, low cost of raw materials, adjustable room temperature resistivity value and material constant, and is suitable for preparing thermistor ceramic element, thick film thermistor element and thin film thermistor element. The NTC thermistor of the invention is suitable for the application fields of temperature measurement, temperature control, surge suppression, line compensation and infrared detection.

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO基负温度系数热敏电阻材料
本专利技术涉及一种制备具有电阻负温度系数(NTC)效应的热敏电阻元件的材料，适用于温度测量、温度控制、线路补偿、红外探测、流量流速探测器以及电子元件和电路的浪涌保护应用领域。
技术介绍
热敏电阻传感器是以热敏电阻为关键元件、利用热敏电阻的电阻率随温度变化而变化的优异特性而制成的器件。按电阻率随温度变化的特征，热敏电阻元件主要包括正温度系数(PTC)热敏电阻元件和负温度系数(NTC)热敏电阻元件，PTC热敏电阻元件的电阻率随温度升高而增大，NTC热敏电阻元件的电阻率随温度升高而减小。NTC热敏电阻器件已广泛应用于测温、控温、温度补偿，电路和电子元件的保护，以及流速、流量、射线测量的相关仪器与应用领域，在日常生活、国民经济、军事及航空航天等领域得到了广泛应用。按使用温度分类，NTC热敏电阻元件有低温型、常温型和高温型热敏电阻三种。常温型NTC热敏电阻元件，当前主要采用锰、铁、钴、镍、铜过渡金属的氧化物制成的尖晶石晶体结构的NTC热敏电阻元件。这种尖晶石结构的NTC热敏电阻材料得到了广泛的研究与应用。如：中国专利技术专利CN102627446A公布的Mn-Ni-O陶瓷系NTC热敏材料；中国专利技术专利CN1332405C公布的以锰、镍、镁、铝的硝酸盐为原材料、采用液相共沉淀法合成的NTC热敏电阻材料；中国专利技术专利CN101585707公布的Fe-Ni-Mn-Cr-O系NTC热敏陶瓷材料；美国专利技术专利6861622公开专利描述的锰-镍-钴-铁-铜系NTC热敏电阻材料。这些NTC热敏电阻材料的共同特性是含有至少两种过渡金属元素的氧化物，且以尖晶石型晶体结构为主晶相。在采用过渡金属锰、铁、钴、镍、铜氧化物制成的多组分NTC热敏电阻材料中，由于这些过渡金属氧化物的挥发温度较低，这类NTC热敏电阻元件在制备烧结过程中容易造成原材料成分的挥发，使得产品的最终成分、产品一致性和不同生产批次之间的重复性难以控制。一般情况下，AB2O4型尖晶石晶体结构的NTC热敏电阻的室温电阻率主要依赖晶格B位的离子价态及浓度比(如锰酸盐尖晶石电阻材料中的[Mn4+]/[Mn3+Mn4+])，浓度比越高，电阻率越小。因此，这类材料的室温电阻率受烧结温度、烧结气氛、冷却速度等工艺的影响较大，易导致较低的产品一致性，且电阻率值不易于调控。同时，当前广泛应用的具有尖晶石结构的过渡金属氧化物NTC热敏电阻元件，在使用过程中容易产生阳离子缓慢重新分布而引起结构弛豫。这种弛豫现象会造成NTC陶瓷材料电学性能的不稳定，易导致热敏电阻元件的老化，影响热敏电阻传感器的测温精度等使用性能。为了开发新型氧化物基NTC热敏电阻材料，科技工作者也开展了一些新材料体系的探索与研究。六方BaTiO3体系材料呈现良好的NTC性能(中国专利技术专利ZL200910043274.8；中国专利技术专利ZL200910303525.1)，金红石型SnO2陶瓷具有良好的NTC特性(电子元件与材料，2009，6：56-59；JournalofMaterialsScience：MaterialsinElectronics，2015,26:6163-6169)；LaCoO3基钙钛矿结构的NTC陶瓷已被报道(JournaloftheEuropeanCeramicsSociety，2000，20：2367-2376)。BaBiO3、BaSnO3、SrTiO3、YMnO3和LaMnO3等材料通过掺杂、复合等手段成功制得NTC热敏电阻(JournaloftheAmericanCeramicsSociety，1997，80：2153-2156；SolidstateScience，2006，8：137-141)。最近研究报道，掺杂改性的CuO基陶瓷也具有良好的NTC热敏性质(JournalofMaterialsScience：MaterialsinElectronics，2015，26：10151-10185；中国专利技术专利，专利申请号：201510360036.5、201610298467.8)；掺杂改性的NiO基NTC热敏电阻材料、Y掺杂锌镍氧化物体系NTC热敏电阻材料也被相继得到(中国专利技术专利，专利申请号：201610298726.7、201610298669.2、201610296987.5、201610306430.5)；镍锌镁基NTC热敏电阻材料、Li-Fe掺杂改性的镍锌氧化物体系、Al-Li掺杂改性的镍锌氧化物体系也被发现具有室温电阻和材料常数可调控的NTC热敏特性(中国专利技术专利，专利申请号：201711016767.3、201710948170.6、201710505976.8)。随着电冰箱、空调、微波设备、汽车、通讯与航空航天等产业对NTC热敏电阻器的稳定性要求越来越高，改善现有成分体系或开发新型成分体系就显得十分重要。针对以上状况，本专利技术采用氧化锌为主要成分，通过微量元素掺杂以及烧结添加剂进行材料改性，得到了具有优异NTC效应的热敏电阻材料体系；在该体系中，可以通过改变掺杂元素的含量和烧结添加剂的含量来调节热敏电阻元件的室温电阻率和材料常数B值。本专利技术选用氧化锌为主原料制备NTC热敏电阻材料，通过添加不大于摩尔分数不大于2％的掺杂元素和不大于2％的烧结添加剂以调节材料的性能；NTC热敏电阻材料成分简单，电性能稳定，而且可大范围调控电气性能；所选原材料价格便宜，制备流程简单，热敏电阻材料制备成本低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够制造具有电阻负温度系数效应的NTC热敏电阻材料体系。这种热敏电阻材料可以通过改变掺杂元素的含量和烧结添加剂的含量以调节热敏电阻元件的室温电阻率和材料的温度常数。本专利技术组成NTC热敏电阻材料的成分组成为：Zn1-x-2yAlxCuyMoyO，其中0.001≤x≤0.03，0＜y≤0.01。本专利技术组成NTC材料的关键组成为Zn1-x-2yAlxCuyMoyO，配方成分中含有锌、铝、铜和钼元素，其原材料可以是含这些元素的单质，也可以是含这些元素的氧化物、无机盐或有机盐化合物。其中，半导化掺杂元素铝是为了调整电阻元件的室温电阻率，钼酸铜是为了调整热敏电阻元件的室温电阻率和材料常数B值以及陶瓷的烧结性能。按本专利技术实施例所述制备方法能获得高纯单相六方晶系的物相组成，所制备的NTC热敏电阻元件的性能稳定、可靠性高。本专利技术的重点在于热敏电阻材料的成分配方，实际应用过程中可以根据需要对合成方法和生产工艺进行相应调整，灵活性大。例如，原材料可选用含有这些元素的单质、氧化物、无机盐或有机盐等物质；合成方法可采用湿化学法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、气相沉积法或其他陶瓷材料的制备方法来实现。本专利技术的NTC热敏电阻材料的性能检测是采用涂覆银电极，通过华中科技大学研制的R-T电阻温度测试系统测量电阻元件的室温电阻及电阻随温度升高的变化特性。实际生产和应用中，电极可选用其他材料如：铝电极、In-Ga合金电极、Ni-Cr合金电极或者铜电极，性能测试也可选用其他电阻和电阻温度特性测试的仪器。本专利技术涉及的NTC热敏电阻材料的特色和优势表现在：①材料成分简单，原材料丰富，价格便宜，无毒且环境友好；②适合陶瓷、薄膜等NTC热敏电阻元件的生产；③通过调整半导化掺杂元素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负温度系数热敏电阻材料，其特征是该材料的成分组成为Zn1‑x‑2yAlxCuyMoyO，其中0.001≤x≤0.03，0＜y≤0.01。

【技术特征摘要】
1.一种负温度系数热敏电阻材料，其特征是该材料的成分组成为Zn1-x-2yAlxCuyMoyO，其中0.001≤x≤0.03，0＜y≤0.01。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志成，李鹏飞，张鸿，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43