[发明专利]一种基于氧化锌的高性能新型NTC热敏电阻材料

说明书

本发明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。本发明的NTC热敏电阻材料以氧化锌为主要成分组成，并含有铝、镧和铜为成分组成元素，可适应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。本发明材料可以通过改变所述成分组成元素的含量以调节热敏电阻元件的室温电阻率值和材料常数B值，可实现宽范围室温电阻值和宽范围材料常数B值的调节。本发明的热敏电阻材料，具有室温电阻率值和材料常数可调控和时效稳定高的特点，适用于温度测量、温度控制、抑制浪涌、线路补偿和红外探测，以及电路、电子元件的保护和流量、流速、射线测量仪器领域的应用。

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。

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CN101585707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。