[发明专利]一种稀土镍基氧化物电子相变材料强度的复合改性方法

说明书

本发明涉及一种稀土镍基氧化物电子相变材料强度的复合改性方法，属于金属功能半导体氧化物、敏感电阻材料与器件、电子陶瓷等领域。本发明通过引入与稀土镍基氧化物可共格烧结的复合相技术，抑制稀土镍基氧化物在周期性热场触发金属绝缘体相变过程中由电子相变所引起的结构变化，且与此同时改善晶界、晶粒状态并稳定稀土镍基氧化物亚稳态物相，从而实现对稀土镍基氧化物陶瓷材料的力学特性、电学稳定性的改善与增强。利用本技术所制备的稀土镍基氧化物复合陶瓷材料可进一步制备成热敏、压力敏感等敏感电阻器件，并实现大幅提高器件电子相变功能特性的抗疲劳、抗热冲击性等力学特性。

技术领域

本发明属于金属功能半导体氧化物、敏感电阻材料与器件、电子陶瓷等领域，具体地涉及一种通过引入复合相共格烧结技术，大幅提高亚稳相稀土镍基氧化物电子相变材料力学强度与电学功能稳定性的技术方法。

背景技术

亚稳相稀土镍基氧化物(RENiO₃：RE＝Sm,Nd,Eu等)属于经典的金属绝缘体相转变材料【J.Solid State Chem.2000,151,298；Phase Transitions,2008,81,729】，其电学特性可以在临界温度、临界压力等外场触发下发生突变，从而在金属与绝缘体间可逆转变。例如，通过改变稀土元素组分，可以实现RENiO₃的电子相变临界触发温度在100-600K的宽广温区范围内进行连续精准的设计与调控【Mater.Res.Bull.,2004,39,803】。利用稀土镍基氧化物温度触发下的金属绝缘体相变特性，可制备突变型热敏电阻，并进一步应用于浪涌电流抑制、热开关、精密温度传感等方面；而利用稀土镍基氧化物在压力触发下的电子相变特性可进一步制作压力敏感电阻，并进一步应用于压力测量、压力保护等方面。

与传统氧化物半导体相比，RENiO₃的材料合成与加工问题均具有其特殊性，是制约该体系材料实际器件应用的核心难体。一方面，除LaNiO₃以外的RENiO₃通常处于热力学亚稳相状态，其通常具有正的合成自由能(ΔG)而需要采用高氧压合成材料。例如SmNiO₃粉体需要在200bar的氧气压力1000℃温度下合成【J.Solid State Chem.,1991,91,225】。而在RENiO₃粉体很难合成的前提下，进一步的压片烧结变得更加困难。另一方面，稀土镍基氧化物在电子相变过程中将伴随有镍氧八面体键长与键角的结构变化，而在温度周期性变化中这种结构变化将引起材料中的裂纹与应力累积，从而引起材料力学、电学等方面的失效。

综上所述，与传统氧化物半导体材料相比，稀土镍基氧化物陶瓷材料合成方法与材料加工特殊，且在电子相变过程中的结构变化使其力学性能极差，而这一点严重制约该体系材料在器件应用中的力学、电学稳定性。如何提高稀土镍基氧化物陶瓷材料的力学特性，并进一步改善其在电子器件应用中的电学、力学等功能特性的稳定性，是当前有待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过引入与稀土镍基氧化物可共格烧结的复合相技术，提高亚稳相稀土镍基氧化物电子相变材料力学强度与电学功能稳定性。

一种稀土镍基氧化物电子相变材料强度的复合改性方法，其特征在于，通过引入与稀土镍基氧化物可共格烧结的复合相技术，抑制稀土镍基氧化物在周期性热场触发金属绝缘体相变过程中由电子相变所引起的结构变化；与此同时通过与复合相间共格生长的化学键改善晶界、晶粒状态并稳定稀土镍基氧化物亚稳态物相，从而实现对稀土镍基氧化物陶瓷材料的力学特性、电学稳定性的改善与增强；在上述利用复合相可以在力学改性的同时，可进一步实现对该体系材料金属绝缘体相变特性的调控。