[发明专利]Al‑Li优化的Ni/Zn氧化物负温度系数热敏电阻材料

说明书

技术领域

本发明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NTC热敏电阻材料。适用于温度测量、温度控制、线路补偿、射线测量、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。

背景技术

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电阻率随温度升高而增大的正温度系数(PTC)热敏电阻元件和电阻率随温度升高而减小的负温度系数(NTC)热敏电阻元件两种。NTC热敏电阻器件已广泛应用于测温、控温、温度补偿，以及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。

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。在常温型NTC热敏电阻元件中，当前主要采用过渡金属锰、铁、钴、镍、铜的氧化物制成的AB₂O₄尖晶石结构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，中国发明专利CN102627446A公布的Mn-Ni-O陶瓷系NTC热敏材料；中国发明专利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；中国发明专利CN101585707A公布的Fe-Ni-Mn-Cr-O系NTC热敏陶瓷材料；美国发明专利6861622公开专利描述的锰-镍-钴-铁-铜系NTC热敏材料。这些NTC热敏电阻材料的共同特征是含有至少两种过渡金属的氧化物，且以尖晶石型立方晶体结构为主晶相。

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热敏电阻元件的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、产品一致性和生产不同批次之间的重复性难以控制。一般情况下，AB₂O₄尖晶石结构的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[Mn⁴⁺]/[Mn³⁺+Mn⁴⁺])，浓度越高，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较大，且电阻值不易于调控。在AB₂O₄尖晶石结构的NTC热敏电阻材料中，温度系数随室温电阻率的降低而降低，难于保证在相近温度系数时实现试问电阻率的大范围可控调节。同时，当前广泛应用的具有尖晶石结构的过渡金属化合物NTC热敏电阻元件，在使用过程中容易产生四面体和八面体中阳离子缓慢重新分布而引起结构驰豫。这种驰豫现象造成了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。