钛酸钡基PTC陶瓷NTC效应研究

发布时间：2020-06-17 07:09

【摘要】：BaTiO_3基PTC陶瓷材料具有独特的电阻-温度特性,其电阻在居里温度T_C附近一个较窄的温度范围内能快速增长几个数量级。典型的钛酸钡基PTC陶瓷电阻温度特性存在两个特征温度,一个是最小电阻率温度T_(ρmin),另一个为最大电阻率温度T_(ρmax)。当温度低于T_(ρmin)时,展现出NTC效应;在T_(ρmin)和T_(ρmax)之间时,展现出PTC效应;当温度高于T_(ρmax)时,又展现出NTC效应。以往人们对钛酸钡基PTC陶瓷的研究大都关注于PTC效应的起源和正温度系数的调控,极少有针对NTC效应的研究报道。本论文正是在这一背景下展开的,目的是通过对钛酸钡基PTC陶瓷NTC效应的研究,探索PTC效应的起源,同时,尝试将NTC和PTC效应结合,期望开发出一种新型的双功能热敏元件,实现感测和控制一体化。通过一系列的研究,本论文取得如下一些结果:1.Y掺杂BaTiO_3陶瓷在低温区和高温区具有NTC特性。Nb掺杂BaTiO_3陶瓷在低温区无NTC特性,在高温区具有NTC特性。2.Y掺杂BaTiO_3陶瓷在-55℃~10℃(正交相)、10℃~T_(ρmin)(四方相)和T_(ρmax)~400℃(立方相)各段温区内势垒高度为定值,而在相变温度处,势垒高度会发生变化。正交-四方相变使势垒高度降低,四方-立方相变引起势垒增高。3.Pb部分取代Y掺杂Ba TiO_3陶瓷提高了低温区NTC特性,降低了PTC特性。组成为(Ba_(0.8464)Y_(0.0036)Pb_(0.15))TiO_3+0.1wt%Al_2O_3+0.5wt%SiO_2的样品,在1280℃下烧结2 h时具有最优的NTC/PTC综合性能,室温电阻率为217.8Ωcm,升阻比为2.99,NTC特性热敏常数为1141 K。4.Sr部分取代Y掺杂BaTiO_3陶瓷降低了高温区NTC特性,少量Sr(10 mol%)能提升PTC特性,过量则形成相反效果。5.通过复阻抗谱解析得到,NTC特性由晶界产生。在低温区,晶界的导电方式为小极化子跳跃导电,跳跃方式为最近邻跳跃(NNH);晶粒的导电方式为载流子在导带中迁移导电。在高温区,晶粒与晶界的导电方式均为小极化子跳跃导电,其跳跃方式均为NNH。NTC特性主要由极化子受热激发跳跃导电产生。6.晶界对PTC陶瓷的阻温特性起决定性作用。本论文认为:在非相变温区,晶界势垒为一定值;但在相变温度处,晶界势垒会发生改变。相变产生的势垒的表达式为ΔΦ=ΦO+ΦJ+ΦB，ΦO、ΦJ、ΦB分别代表退极化产生的势垒、氧吸附层产生的势垒和晶界玻璃相产生的势垒。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.1
【图文】：

示意图,晶胞结构,钛酸钡,示意图

图 1-1 钛酸钡的晶胞结构示意图[5]体在一定的温度范围内具有自发极化，而且其自发极化方向可，晶体的这种性质称为铁电性。BaTiO3在 TC以上为立方结构子发生偏移产生自发极化，为顺电相。BaTiO3在 Tc 处发生顺电转为四方结构，原因是 Ti4+沿 c 轴发生相对位移后，晶胞沿 c 轴中心不重合，形成偶极矩，产生自发极化，使得材料具有铁电电-铁电相变称为二级相变，BaTiO3在 5℃（T1）和-90℃（T2，称为一级相变。晶胞结构经过 T1和 T2分别转为正交相和三沿[011]和[111]方向。图 1-2 为钛酸钡的三次相变的晶胞结构转

示意图,钛酸钡,相结构,示意图

【参考文献】