一种精调负温度系数热敏电阻的材料常数的方法技术

本发明专利技术公开了一种精调负温度系数热敏电阻的材料常数的方法，是利用具有不同B值的若干材料分别成型为热敏层，然后将各热敏层进行叠层并烧结，从而获得叠层热敏电阻，通过调控各热敏层的厚度相对于叠层热敏电阻整体厚度的比例，实现所得叠层热敏电阻B值的精调。本发明专利技术可以实现负温度系数热敏电阻的B值在更小范围内的精确调控，且可根据各热敏层的热敏性质计算获得叠层结构热敏电阻的B值，方法简单、易于实现。于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种精调负温度系数热敏电阻的材料常数的方法


[0001]本专利技术涉及负温度系数热敏材料
，尤其涉及一种精调负温度系数热敏电阻的材料常数(B值)的方法。

技术介绍

[0002]热敏电阻是一种对温度非常敏感的元件，其电阻值随着温度的变化而改变。按照温度系数不同，热敏电阻分为正温度系数(PTC)热敏电阻和负温度系数(NTC)热敏电阻。正温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而减小，它们同属于半导体器件。其中，NTC热敏电阻具有灵敏度高、价格便宜、体积小等优点，常用于测温、控温及抑制浪涌电流等方面。NTC热敏电阻一般是由含Mn等过渡金属元素的尖晶石结构复合氧化物等材料制成，其电阻率与温度的关系符合Arrhenius指数关系：式中ρ0为温度趋向无穷大时的材料电阻率(Ω
·
cm)，E
a
为活化能，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度(K)。材料常数(即B值)为描述负温度系数热敏电阻物理特性的一个参数，B值越大，负温度系数热敏电阻的灵敏度越高。
[0003]在生产生活的不同应用领域，对于负温度系数热敏电阻的B值有不同的需求，目前主要通过掺杂或者两相材料复合等调整组成的方式来改变负温度系数热敏电阻的B值，如：文献(Ceramics International，38，2012，6481
‑
6486)通过改变Ni
0.7
Mn
2.3
‑
x
Co
x
O4中Co的含量从0
‑
0.7，使得B值从3847K变化到3478K。文献(Journal of the European Ceramic Society,41,2021,7062
‑
7068)通过改变SrCe
x
Nb
x
WO
4+4x
中Ce元素和Nb元素的化学计量比使B值在11,102
±
97
–
4137
±
37K范围内变化。文献(Journal of Materials Science:Materials in Electronics,29,2018,9613
–
9620)通过将SrMnO3和Mn
1.56
Co
0.96
Ni
0.48
O4进行双相复合，改变两者间复合比例，从而调节复合陶瓷的B值在5390K
‑
3289K范围内等。这些方法均可以在较宽范围内调整热敏电阻的B值，但元素含量或复合比例的微小变化都可能对热敏电阻的B值产生较大的影响，如Ni
0.7
Mn
1.8
‑
x
Co
0.5
Cu
x
O4中通过Cu的微量掺杂(x＝0.05)就使得B值从3563K急剧降低到3373K。上述例子表明难以通过调整材料组成来精确调整B值，因此很有必要发展新的精调热敏电阻B值的方法。

技术实现思路

[0004]基于上述现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种精调负温度系数热敏电阻的B值的方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种精调负温度系数热敏电阻的材料常数的方法，其特点在于：利用具有不同材料常数(即B值)的若干材料分别成型为热敏层，然后将各热敏层进行叠层并烧结，从而获得叠层热敏电阻；通过调控各热敏层的厚度相对于叠层热敏电阻整体厚度的比例，实现所得叠层热敏电阻B值的精调。具体的：
[0007]令叠层热敏电阻所包含的热敏层的层数为n，各热敏层从上至下依次命名为F1、F2、
…
、F
n
，令各热敏层的厚度从上至下依次为L1、L2、L3、
…
、L
n
，叠层热敏电阻的整体厚度L＝L1+L2+
…
+L
n
，各热敏层的厚度相对于整体厚度的比例α
i
＝L
i
/L，i＝1、2、
…
、n；
[0008]则：
[0009]所述叠层热敏电阻在温度为T时的电阻率ρ
T
的理论计算公式如式(1)所示：
[0010][0011]式(1)中，依次为热敏层F1、F2、
…
、F
n
在温度为T时的电阻率；所述叠层热敏电阻在温度为T
a
和T
b
区间内的B值的理论计算公式如式(2)所示：
[0012][0013]式(2)中，和分别代表叠层热敏电阻在温度为T
a
和T
b
时的电阻率，T
b
>T
a
。
[0014]进一步地，各热敏层所用材料皆为具有NTC热敏特性的材料，包括但不限于尖晶石结构(如Mn
1.56
Co
0.96
Ni
0.48
O4、MnNiCo
0.9
Fe
0.1
O4、Ni
0.7
Mn
1.75
Co
0.5
Cu
0.05
O4等)、钙钛矿结构(如SrMnO3、BaZn
0.06
Bi
0.94
O3、BaBiO3等)等金属氧化物及碳化硅、硒化锡、氮化钽等非氧化物。将材料分别成型为热敏层的方法包括流延法、注浆成型法、注凝成型法、挤出成型法等片式热敏电阻成型方法。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0016]1、本专利技术通过调整每个热敏层坯体的厚度，可以实现负温度系数热敏电阻的B值在更小范围内的精确调控，且可根据各热敏层的热敏性质计算获得叠层结构热敏电阻的B值，方法简单、易于实现。
[0017]2、本专利技术叠层热敏电阻B值的实验测量结果与理论计算结果一致性高，验证了本专利技术方法的可行性。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1中两层结构叠层热敏电阻的结构示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例1中叠层热敏电阻的扫描电镜图；
[0020]图3为本专利技术实施例1中不同α1值的叠层热敏电阻在25～85℃温度段的电阻率对数(lnρ)和绝对温度倒数的一千倍(1000/T)之间线性拟合图；
[0021]图4为本专利技术实施例1中两层结构叠层热敏电阻在相对厚度α1从0～1范围内的B值的实验值与理论值的对比图。
[0022]图5为本专利技术实施例2中三层结构叠层热敏电阻的结构示意图；
[0023]图6为本专利技术实施例2中三层结构叠层热敏电阻在相对厚度α3从0～1范围内的B值对比；
[0024]图7为本专利技术实施例3中四层结构叠层热敏电阻的结构示意图；
[0025]图8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精调负温度系数热敏电阻的材料常数的方法，其特征在于：利用具有不同B值的若干材料分别成型为热敏层，然后将各热敏层进行叠层并烧结，从而获得叠层热敏电阻；通过调控各热敏层的厚度相对于叠层热敏电阻整体厚度的比例，实现所得叠层热敏电阻B值的精调。2.如权利要求1所述的一种精调负温度系数热敏电阻的材料常数的方法，其特征在于：令叠层热敏电阻所包含的热敏层的层数为n，各热敏层从上至下依次命名为F1、F2、
…
、F
n
，令各热敏层的厚度从上至下依次为L1、L2、L3、
…
、L
n
，叠层热敏电阻的整体厚度L＝L1+L2+
…
+L
n
，各热敏层的厚度相对于整体厚度的比例α
i
＝L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏佩，詹海林，占忠亮，陈初升，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：