[发明专利]一种基于高熵氧化物的热敏电阻及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于高熵氧化物的热敏电阻及其制备方法，所述热敏电阻是由钴、锰、镍、铁、锌五种元素的氧化物组成，经高温固相化学反应制备单一尖晶石相高熵氧化物粉体材料，然后将粉体预压成型、等静压、烧结、切片、热处理、制作电极、划片、封装，制成NTC热敏电阻，该电阻值（25℃）为6.5–12KΩ·cm材料常数B值为3500–3800 K，材料常数B值和阻值一致性较高、互换性能较好，在温度125℃下老化1000h后，电阻漂移率小于0.05%，能大幅提升NTC热敏电阻的稳定性，可以长期应用于海水温度测量与控制。

技术领域

本发明涉及一种基于高熵氧化物的热敏电阻及其制备方法，尤其是将高熵氧化物应用于负温度系数热敏电阻领域。

背景技术

负温度系数热敏电阻是在工作温度范围内，其阻值随着温度的升高而成指数降低的一种传感器电阻。在家电、汽车、海洋等应用领域具有较大应用市场，但是随着市场需求的发展，对于热敏电阻器的性能提出了更高的要求，不仅需要有合适的电阻值和材料常数B值，还需要有较高的长期稳定性，使其在工作环境时温度敏感特性保持不变，不随热应力或使用时间的增加发生漂移，即不易发生老化。尽管工艺优化可以明显提高热敏材料致密度，但是尖晶石结构中阳离子在空间有序排列的结构使其在长时间放置或是热应力作用下处于亚稳态，从而影响了热敏电阻的稳定性。因此，在保证热敏电阻器具有合适的电阻率和材料常数B值的条件下，设计出结构稳定的热敏材料是制备高稳定热敏电阻器的关键。

高熵氧化物是在高熵合金的基础上发展起来的由多种过渡氧化物按等摩尔比或接近等摩尔比组成的一类新型材料。多主元混合体系不仅具有较高的构型熵，其熵值超过反应所需的生成焓易形成单相固溶体，而且多主元倾向于无序混乱排列，化学组成呈无序状态。这就使得高熵氧化物不仅拥有原基体材料自身的性能，而且具有多元素之间各种物理化学作用产生的独特性能。利用高熵氧化物局域无序的结构，Berardan等报道的(MgNiCoCuZn)O基高熵陶瓷具有巨大介电常数以及在电化学阻抗谱测试时表现出超快的锂离子传输速率以及快的钠离子传输速率。Wang等研究了(MgNiCoCuZn)O在充放电过程中可以很好地维持原有的晶体结构，延长电池寿命，在锂离子电极材料中表现出良好的循环稳定性。2018年，Dabrowa等首次合成了单相尖晶石结构的高熵氧化物(CoCrFeMnNi)₃O₄，其尖晶石结构在一定温度下可以从有序到无序的高熵固溶体之间转换。冒爱琴等人研究了尖晶石型(CoCrFeMnNi)₃O₄纳米晶粉体其晶格无序度与合成温度的关系。并用Zn²⁺替代Co²⁺或Ni²⁺调控新型高熵氧化物的磁性。目前尚未检索到尖晶石相(CoMnNiFeZn)₃O₄高熵氧化物材料以及该材料在NTC氧化物热敏电阻领域的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于高熵氧化物的热敏电阻及其制备方法，所述热敏电阻是由钴、锰、镍、铁、锌五种元素的高熵氧化物组成，经高温固相化学反应制备单一尖晶石相高熵氧化物粉体材料，然后将粉体预压成型、等静压、烧结、切片、热处理、制作电极、划片、封装，制成NTC热敏电阻，材料常数其阻值和B值一致性较高、互换性能较好，可以长期应用于海水温度测量与控制。

本发明所述的一种基于高熵氧化物的负温度系数热敏电阻，所述热敏电阻是由钴、锰、镍、铁、锌五种元素组成，具体操作按下列步骤进行：

a、按Co:Mn:Fe:Ni:Zn＝1:1:1:1:1准确称取四氧化三锰、四氧化三钴、氧化镍、三氧化二铁和氧化锌，放入球磨罐中，加入溶剂体积比为1:1的去离子水和无水乙醇，球磨罐放置在行星式球磨机内，研磨10小时，得到混合物；

b、将步骤a中的混合物，放在温度85℃烘箱内烘干，然后在温度1000-1150℃下恒温10h-20h，使其熔融为单一尖晶石结构的高熵氧化物粉体材料；

c、将步骤b中得到的高熵氧化物粉体材料在行星式球磨机内二次研磨10h，干燥，获得粉体；