[发明专利]一种核壳结构复合氧化物材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种核壳结构复合氧化物材料及其制备方法和用途，尤其是将核壳结构复合氧化物材料应用于负温度系数热敏电阻领域。

背景技术

核壳结构复合材料是指利用物理或者化学方法在核粒子的表面包覆一层异质材料，从而得到双层或者多层的特殊结构，与传统单一结构的粉体材料相比核壳结构能够有效的保护内核颗粒不发生变化提高复合材料的稳定性；此外由于内核和外壳是不同化学组分的材料，核壳结构复合材料可以实现不同材料性能上的互补，通过设计组分和调控核壳厚度来优化复合材料的性能。近年来核壳结构已被广泛应用到压电和铁电等陶瓷领域，以提高陶瓷材料的抗压强度、介电常数、磁电耦合系数等。核壳结构复合材料首次应用在陶瓷领域可以追溯到1984年，D.Hennings等人利用液相烧结法，以钙钛矿BaTiO₃为核粒子，复合钙钛矿CdBi₂Nb₂O₉为壳制备出异质核壳结构的“X7R”材料，具有优秀的介温特性，而对比传统固相法制备的均相介电陶瓷在高温烧结后会失去“X7R”材料特有的介温稳定性。1990年Lu等人进一步探究了非均相烧结过程中核壳结构的微观演变过程，展示了在液相烧结过程中三种不同类型的核壳结构，并表示具有核壳结构的复相陶瓷可以有效的拓宽介电常数，降低居里温度点。2012年天津大学余明明等人，首次研制出合金AgS₂-Ag核壳结构NTC热敏电阻材料，相比于单一的AgS₂的NTC热敏材料，具有核壳结构的AgS₂-Ag材料能够在温度升高时更有效地降低阻值，但B值变化较小，Ag₂S-Ag电阻率参数为12870-32890Ω·cm，B值参数为2415-2167K；但核壳结构材料在NTC氧化物热敏电阻领域至今未见报道。

负温度系数(Negative Temperature Coefficient,NTC)热敏电阻是指在工作温度范围内，阻值随温度升高而呈指数关系降低的材料。在军事、航天、家电、汽车等应用领域占有很重要的位置，随着市场的发展，宽温区、高精度、快响应的NTC热敏电阻的需求量也日益增大，同时要求热敏器件向小型化、轻量化、薄型化发展，对高电阻、低B值热敏电阻材料的需求日益增加。传统的NTC热敏电阻材料通常是AB₂O₄型尖晶石结构，此类材料在电阻率较高时其B值亦增大，在电阻率较低时B值亦减小，制备元器件产品时其中一个参数达到目标要求后，另一个参数很难满足要求，这在很大程度上限制了NTC热敏电阻的实际应用。此外，在实际应用中NTC热敏电阻的电阻值会受到外界环境的影响而发生一定的漂移，偏离初始电阻值，这种电阻值的漂移，决定了NTC热敏电阻使用的准确度与使用寿命。所以，制备出高电阻、低B值、电阻漂移率小、稳定性高的NTC热敏电阻是目前研究人员面临的重难点问题。针对以上问题，考虑将核壳(Core-shell)结构的复合氧化物材料应用到NTC热敏氧陶瓷电阻中，有望得到性能稳定、阻值和B值可协调的元器件。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种核壳结构复合氧化物材料及其制备方法和用途，该核壳结构复合氧化物材料以硫酸盐为原料，碳酸氢铵为沉淀剂，氨水调节pH值，利用共沉淀法形成CoMnNiO粉体作为核粒子；再以硝酸铝为原料，柠檬酸为络合剂，氨水调节PH值，制成Al(OH)₃溶胶后加入超声分散好的核粒子，利用溶胶法将Al(OH)₃包覆在核粒子表面形成壳层，得到CoMnNiO@Al₂O₃核壳结构复合氧化物材料。并将得到的核壳结构复合氧化物材料应用于负温度系数热敏电阻领域，该核壳结构复合氧化物材料能通过调控“壳”的厚度，在较大范围内调整负温度系数热敏电阻的电阻率大小且保持B值不变，实现负温度系数热敏电阻参数的可控性研究，对于获得高阻、低B宽温区应用的热敏电阻具有指导意义。

本发明所述的一种核壳结构复合氧化物材料，按下列步骤进行：

a、以摩尔百分比Co∶Mn∶Ni＝4-6∶2-6∶0-2的硫酸钴、硫酸锰、硫酸镍为原料，混合溶于去离子水中，配制成1.0mol/L的离子混合溶液，备用；

b、按总金属离子含量和碳酸氢铵摩尔比1:1.25称取碳酸氢铵，溶于去离子水中，配制成1mol/L的溶液，备用；