[发明专利]掺杂稀土铈的热敏电阻材料的制备方法

说明书

本发明公开了掺杂稀土铈的热敏电阻材料的制备方法，该工艺利用硝酸铈和草酸钠反应提供稀土铈，较大程度的改变了原有热敏电阻材料的B值和电阻率。传统的NTC热敏陶瓷的导电原理为电子在尖晶石结构B位中同种金属不同的变价离子之间的跳跃而产生的跳跃电导，而Mn和Co都有多种变价离子，它们的阳离子分布比较复杂，B位可能存在Mn⁴⁺、Mn³⁺和Co³⁺、Co²⁺等多种离子。通过检测发现，在掺杂稀土铈后，晶粒变小，晶界增多，在负温度系数热敏陶瓷材料中，晶粒是半导体，而晶界是高阻层，而晶界是承受电压的主要单位。同时在掺杂稀土铈后获得的热敏电阻材料的稳定性高，耐老化性能好。并且在精密仪器方面有较大的应用前景，例如透析仪、DNA测序仪、血液分析仪等。

技术领域

本发明涉及电阻材料这一技术领域，特别涉及到掺杂稀土铈的热敏电阻材料的制备方法。

背景技术

负温度系数(Negative Temperature Coeficient，NTC)热敏电阻是一种由多晶半导体陶瓷材料制备的对温度非常敏感的材料元件。NTC热敏电阻的阻值会随着温度的升高呈指数减小，它具有对温度敏感、制备成本低和互换性良好等优点，广泛应用于温度测量、温度控制和温度补偿等 。目前，NTC热敏电阻大多是由3d过渡金属元素组成，是主相为AB2O4尖晶石结构的复合化合物。以最简单的Mn-Co—O系NTC热敏电阻为例，Mn。Co 0系尖晶石相的电学性能，主要是由尖晶石结构八面体间隙中Mn3 ／Mn4 离子浓度的变化和它们之间的电荷跳跃来决定的。因此阳离子的掺杂和阳离子在尖晶石结构的八面体间隙中的分布是影响热敏陶瓷性能的主要因素。近几年来，对于热敏陶瓷的研究大多集中在添加少量掺杂物来改善材料性能方面。目前研究较多的是具有尖晶石结构的常温NTC热敏电阻，关于Mn-Co．O二元体系，经Zn、Fe等元素掺杂后，Mn-Co-O 尖晶石相的电性能会得以改善，这些掺杂元素的离子半径一般都与Mn离子半径比较接近，对于在体系中掺杂一些价态半径明显有别于主相离子的物质的研究相对比较少。众所周知，稀土氧化物有着很好的热稳定性，然而关于它在热敏陶瓷中的掺杂的研究却很少. 所以本发明尝试将少量的稀土Ce掺入热敏电阻中，以期望来改善提升传统热敏电阻材料的性能。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种掺杂稀土铈的热敏电阻材料的制备方法。本发明利用硝酸铈和草酸钠反应提供稀土铈，较大程度的改变了原有热敏电阻材料的B值和电阻率。传统的NTC热敏陶瓷的导电原理为电子在尖晶石结构B位中同种金属不同的变价离子之间的跳跃而产生的跳跃电导，而Mn和Co都有多种变价离子，它们的阳离子分布比较复杂，B 位可能存在Mn⁴⁺ 、Mn³⁺ 和Co³⁺ 、Co²⁺等多种离子。通过检测发现，在掺杂稀土铈后，晶粒变小，晶界增多，在负温度系数热敏陶瓷材料中，晶粒是半导体，而晶界是高阻层，而晶界是承受电压的主要单位。同时在掺杂稀土铈后获得的热敏电阻材料的稳定性高，耐老化性能好。

技术方案：为了实现上述目的，本发明公开了掺杂稀土铈的热敏电阻材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将MnO 5-8份、AlCl₃ 2-4份、B₂O₃ 3-6份、Fe₃O₄ 5-9份、ZnO₃ 5-8份、Al₂O₃ 2-6份、SiO₂ 10-18份、尖晶石20-35份，置于球磨罐中，然后加入分散介质，进行球磨，烘干得到粉末混合物；

（2）将步骤（1）的粉末混合物中加入硝酸铈1-3份、草酸钠4-8份、聚乙烯醇4-10份、偶联剂1-4份中进行熔融，在惰性气体保护的气氛中做高温烧结，然后自然冷却至室温；

（3）将步骤（2）的反应物加入到超声震荡器中打碎，过筛分选得到小颗粒产物；