黃翠萍

摘要：負(fù)溫度系數(shù)（NTC，Negative Temperature Coefficien）熱敏電阻具有靈敏度高，響應(yīng)快且成本低廉，體積小等眾多優(yōu)點(diǎn)，NTC熱敏電阻材料在溫度傳感器，溫度補(bǔ)償器件，金屬熱電偶，半導(dǎo)體陶瓷等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。目前，最常用的一種NTC熱敏電阻器是由Mn、Ni、Co、Cu等過渡金屬元素氧化物組成的通式為AB2O4的單一結(jié)構(gòu)的尖晶石相。此類材料的應(yīng)用溫區(qū)較窄，且燒結(jié)后材料內(nèi)部缺陷分布的不均勻性使材料的電性能容易發(fā)生改變，在中溫區(qū)使用時(shí)穩(wěn)定性較差。因此，探索新型的使用溫區(qū)較寬、穩(wěn)定性較好的熱敏電阻材料具有重要意義。

關(guān)鍵詞：熱敏電阻;電阻材料

熱敏電阻材料是一種電阻率對溫度敏感的元件，因其對溫度敏感的特性該材料被用于制造各種熱敏電阻器件[1]。根據(jù)熱敏電阻材料的阻-溫特性，主要可以將其分為：隨溫度升高電阻率呈指數(shù)降低的負(fù)溫度系數(shù)（ NTC，Negative Temperature Coefficien）熱敏電阻，隨溫度升高電阻率呈指數(shù)增大的正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC，Positive Temperature Coefficien）和在特定溫度下電阻率急劇變化的臨界溫度熱敏電阻 （CTR， Critical Temperature Resistor）[2]。

1.1 NTC熱敏電阻簡介

負(fù)溫度系數(shù)（NTC，Negative Temperature Coefficien）熱敏電阻是指其阻值隨溫度升高而呈指數(shù)關(guān)系降低的材料。鑒于其靈敏度高，響應(yīng)快，穩(wěn)定性好且成本低廉，體積小，適于批量生產(chǎn)等眾多優(yōu)點(diǎn)，NTC熱敏電阻材料在航空航天、深海探測，工農(nóng)商等領(lǐng)域都占有舉足輕重的地位，被廣泛應(yīng)用于溫度傳感器、溫度補(bǔ)償、穩(wěn)壓、超高頻率檢測設(shè)備，金屬熱電偶，抑制浪涌電流等方面，具有很大的發(fā)展?jié)摿1， 3-6]。常見的NTC熱敏電阻材料是以Ni、Mn、Co、Fe、Zn等過渡族金屬氧化物中摻雜部分稀土金屬氧化物為原料，經(jīng)傳統(tǒng)半導(dǎo)體陶瓷工藝而制成。

1.2 NTC熱敏電阻材料的基本參數(shù)

NTC熱敏電阻的基本特性主要有：阻溫特性，靜態(tài)伏安特性，老化特性和時(shí)間常數(shù)特性，與之對應(yīng)的基本參數(shù)主要包括：標(biāo)稱電阻R25，材料常數(shù)B、電阻的溫度系數(shù)α25，電阻漂移率ΔR/R0及耗散系數(shù)H等。

1.3 NTC熱敏電阻的發(fā)展方向及存在問題

NTC熱敏電阻材料根據(jù)其使用溫度可以分為三種類型：低溫?zé)崦綦娮?，高溫?zé)崦綦娮?、常溫?zé)崦綦娮韬蛯挏貐^(qū)熱敏電阻。低溫型熱敏電阻的使用溫度范圍一般在-269 ～-60 ℃;常溫型熱敏電阻的使用溫度范圍一般在-60 ～300 ℃，溫度系數(shù)一般在-1 ～-6 %，多為Mn的尖晶石型氧化物陶瓷材料;高溫型熱敏電阻的使用溫度范圍一般在300 ～1000 ℃。寬溫區(qū)熱敏電阻的使用范圍較寬，可以適用于不同溫度下電阻的控制和測量，是當(dāng)今NTC熱敏電阻的四大技術(shù)課題之一。

由于導(dǎo)電機(jī)制不同，不同結(jié)構(gòu)的熱敏電阻材料的載流子運(yùn)動機(jī)理也存在差別，主要可以概括為能帶理論，自旋極化理論和窄帶理論，極化子理論。傳統(tǒng)的單晶半導(dǎo)體材料（Si、Ge）的本征電導(dǎo)是載流子受激從價(jià)帶運(yùn)動到導(dǎo)帶，產(chǎn)生定向移動形成，非本征電導(dǎo)是激發(fā)到導(dǎo)帶中的施主摻雜離子或價(jià)帶中的受主摻雜離子形成的載流子的定向漂移形成，這種材料的的導(dǎo)電行為可以用經(jīng)典的能帶理論解釋。

對于過渡族金屬氧化物陶瓷材料，能帶理論的應(yīng)用開始出現(xiàn)局限性，不能充分地解釋一些電學(xué)現(xiàn)象。根據(jù)能帶理論，過渡族金屬氧化物的導(dǎo)帶是由未填滿的d軌道構(gòu)成，那么這些氧化物都應(yīng)該是導(dǎo)電材料，但是事實(shí)情況卻并不如此，許多單一過渡族金屬氧化物都是絕緣體。例如MnO材料：按照能帶理論，MnO電阻率應(yīng)為10-6～10-2 Ω·cm，但是經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明純凈的MnO的室溫電阻率為1017 Ω·cm是絕緣體，相似的，能帶理論也不適用于NiO與CoO的導(dǎo)電特性的解釋。因此，科研工作者對這些過渡族金屬氧化物的導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，提出了很多解釋，最后建立了新的跳躍導(dǎo)電模型，該模型將過渡金屬氧化物的導(dǎo)電實(shí)質(zhì)是不同價(jià)態(tài)相鄰原子間電子的轉(zhuǎn)移過程。Mott提出了一種窄帶理論，其具體內(nèi)容為：假設(shè)由于外力作用，堿金屬原子間距變的足夠大，原子的電子云不發(fā)生重疊，從而導(dǎo)致電子不能在原子間發(fā)生跳躍，因此堿金屬變?yōu)榻^緣體。

本論文成功采用鈣鈦礦相和尖晶石相復(fù)合分別制備了以Ni0.66Mn2.34O4為基準(zhǔn)相的（LaMn1-yCoyO3）x-（Ni0.66Mn2.34O4）1-x （0≤x≤0.5， 0≤y≤0.5）與（BaSn1-ySbyO3）x（Ni0.66Mn2.34O4）1-x （0≤x≤0.5， 0≤y≤0.5）復(fù)合NTC熱敏電阻材料，研究了復(fù)合材料在高溫?zé)Y(jié)過程中兩相結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)變化及離子遷移規(guī)律。發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料對改變單相材料的使用溫度范圍及提高材料的老化穩(wěn)定性方面都有 重要意義，為復(fù)合NTC熱敏電阻的發(fā)展具有重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] Huang C. P， Chen L， Zhang Q. N， Chang S. N， Zhang B， Chang A. M， Zhang H. M. Preparation and characterization of LaMn0.5Co0.5O3–Ni0.66Mn2.34O4 composite NTC ceramics[J].J Mater Sci： Mater Electron. 2016， DOI 10. 1007/s10854-016-4737 -5

[2] Chen L， Wang J. H， Huang C. P， Zang Q N， Chang S. N， Chang A. M， Yao J. C.

High performance of Ni0.9Mn1.8Mg0.3O4 spinel nanoceramic microbeads via inkjet printing and two step sintering[J]. RSC Advances.2016， DOI： 10. 1039/ C5RA26760A.

[3]Chang S. N， Huang C. P， Zhang H. M， Chang A. M.? Preparation and electrical characterization of a new linear negative temperature coefficient （1-x）BaSn0.96Sb0.04O3-xCoFe0.5Co1.5O4 composite ceramics[J]. Mater. Lett. 2016， 177： 9-12.