[发明专利]一种超宽温区核壳结构复合负温度系数热敏材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种超宽温区核壳结构复合负温度系数热敏材料及制备方法，采用溶胶‑凝胶法分别制备La‑Mn‑O基核材料及Ba‑Sr‑Ti‑O基壳材料，结合超声辅助法将Ba‑Sr‑Ti‑O基溶胶包覆在La‑Mn‑O基核材料表面形成核壳结构复合材料体系。该核壳结构热敏材料可以通过调节包覆量，在超宽温区内调控热敏材料的电阻率、材料常数和温区。本发明通过调控La‑Mn‑O及Ba‑Sr‑Ti‑O及材料包覆量，实现了从‑250℃至1000℃的超宽温区应用；该材料体系不仅实现了超低温区的测温，还可拓展到高温区，对于开发新型核壳包覆结构的负温度系数热敏材料体系及其拓展材料测试温区、应用领域具有重要指导意义。

技术领域

本发明涉及一种超宽温区核壳结构复合负温度系数热敏材料及制备方法。通过调控包覆量实现了从-250℃至1000℃的超宽温区温度测试，实现了高、中、低温区的全覆盖。其在高温区可应用于汽车电子和家用电器等领域；在中温区适用于温度测量、温度控制和电子元件保护等领域；在低温区适用于航空航天、天文探测等领域。

背景技术

随着科学技术的快速发展，低温技术受到了越来越多的关注，大型科学设施PandaX暗物质探测器的探测介质液氙提纯工作温度为178K。下一代超导量子计算也亟需与极低温技术的深度融合。对于红外遥感仪器，只有通过低温制冷对电子能级跃迁抑制，才能实现高灵敏度探测。大科学装备、量子通信、深空探测等方面对低温测控有着巨大需求。在军事及天文观测等方面，对低温测控也有着巨大需求。目前低温传感器种类众多，主要分为二极管，负温度系数(NTC)，热电偶。负温度系数热敏电阻凭借其灵敏度高、互换性好、响应快、可靠性高、体积小且价格低廉的优点成为设计新型低温测温传感器的主流。而面对在低温传感器方面核心技术被卡脖子受制于人的局面，也迫使我们去设计一种新型低温测温传感器。特别是当前低温测温传感器存在着测温区间较窄的问题，因此研究一种包含低温区的超宽温区NTC热敏材料变得十分重要。

核壳结构复合陶瓷具有可拓宽测、控温区；实现不同材料性能互补；提高材料稳定性优化复合材料性能等优点。热敏陶瓷与核壳结构的结合，可以通过材料的不同相结构及复合度的控制，即可实现不同阻值和B值的特性调控，可满足不同温区的测、控温需求。而且可以通过核壳结构包覆量的调控，来调控温区范围，从而可以实现超宽温区NTC的制备。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种超宽温区核壳结构复合负温度系数热敏材料及制备方法，采用溶胶-凝胶法分别制备La-Mn-O基核材料及Ba-Sr-Ti-O基壳材料，结合超声辅助法将Ba-Sr-Ti-O基溶胶包覆在La-Mn-O基核材料表面形成核壳结构复合材料体系。该核壳结构热敏材料可以通过调节包覆量，在超宽温区内调控热敏材料的电阻率、材料常数和温区。本发明通过调控La-Mn-O及Ba-Sr-Ti-O及材料包覆量，实现了从-250℃至1000℃的超宽温区应用；该材料体系不仅实现了超低温区的测温，还可拓展到高温区，对于开发新型核壳包覆结构的负温度系数热敏材料体系及其拓展材料测试温区、应用领域具有重要指导意义。

本发明所述的一种超宽温区核壳结构复合负温度系数热敏材料，按下列步骤进行：

a、按照摩尔比0.05-1.0:0.05-1.0称取分析纯的乙酸镧和乙酸锰，溶于去离子水中，配制成0.05-5mol/L的离子混合溶液；

b、称取柠檬酸作为络合剂加入步骤a的混合溶液中，其中柠檬酸:乙酸镧和乙酸锰摩尔比＝0.5-3.0:1.0-6.0；

c、将步骤b得到的混合溶液在温度60-100℃搅拌2-5h至形成La-Mn-O基溶胶，再将溶胶放入鼓风干燥箱中温度150-250℃恒温干燥20-40h得到干凝胶，并将干凝胶研磨2-4h，得到粉末；

d、将步骤c中得到的粉末置于钟罩炉中于温度550-950℃热分解4-6h进行预烧，取出研磨2-4h，得La-Mn-O基粉体，备用；