[发明专利]一种BCN基钙钛矿结构NTC热敏电阻材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种BCN基钙钛矿结构NTC热敏电阻材料及制备方法，该材料为Nb掺杂的BaCoNb₂O₉(BCN)，其制备成型方法为：（1）根据阳离子化学计量称取原料粉末，球磨并干燥；（2）煅烧粉体；（3）研磨、造粒并压制成型，（4）采用多物理场耦合活化烧结技术进行烧结。本发明中具有钙钛矿结构的NTC热敏电阻BCN具有良好的结构稳定性，可以在高温下安全有效的工作，元素的掺杂可以调整温度与电导率的关系，使材料具有更广泛的温度应用范围。本发明中应用新型制备技术—多物理场耦合活化烧结技术（Micro‑FAST），综合了电、热、力多物理场效用，是一种高效、节能又环保的新型制备方法，具有极大的发展前景。

技术领域

本发明涉及NTC热敏材料技术，特别涉及一种BCN基钙钛矿结构NTC热敏电阻材料及制备方法。

背景技术

温度的监测和控制是日常生活至关重要的部分，温度传感器不仅广泛应用在国内和工业活动中，在实验室和医疗程序中也无处不在。性能各异的温度传感器在不同的应用环境下具有相应商业用途。除了被广泛研究的尖晶石结构，钙钛矿结构的NTC热敏电阻材料因其在高温下的适应性也受到了大量关注。许多研究表明，具有良好导电性和氧渗透性的Nb掺杂BaCoO3(BCN)材料是氧分离、膜反应堆和固体燃料电池的主要候选材料之一，具有钙钛矿结构的BCN基材料具有较高的结构稳定性，在高温下也可以高效工作。这种材料可以调节温度与电阻率的关系，使其在较大的温度范围内表现出NTC特性，在NTC热敏电阻领域具有较大发展前景。

烧结是制备陶瓷材料至关重要的一步，多物理场耦合活化烧结技术（Micro-FAST）作为一种新型烧结制备方法，将多物理场耦合活化与微成形技术相结合，可以在更低的烧结温度，更短的制备周期下获得成型率更高的微型样品。在Micro-FAST的实施过程中，高达数万安培的大电流与较低的电压（3~10V）相结合，材料体系中通过焦耳效应产生较大的热量，与外加力场协同作用，可实现对微形小样品的低温快速成型，相比于其他快速烧结方法制备的大样品，Micro-FAST技术的致密化原理主要体现在颗粒的塑性变形与界面的相融合，过程中也更容易实现温度分布均匀和微观组织均匀。NTC热敏电阻体积小，具有可调节的电阻率，与高效的Micro-FAST技术结合，为NTC热敏电阻的工业化生产提供了新的方向。

发明内容

本发明提供了一种BCN基钙钛矿结构NTC热敏电阻材料及制备方法，其目的是为了利用新型制备方法——多物理场耦合活化烧结技术（Micro-FAST）制备具有良好稳定结构的BCN基材料，从而可以进一步探究其氧渗透性、光催化作用等。

为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种BCN基钙钛矿结构NTC热敏电阻材料，包括如下化学组分：BaCoNb₂O₉，其中Nb为掺杂元素，原钙钛矿结构为BaCoO₃基体。

本发明的实施例还提供了一种BCN基钙钛矿结构NTC热敏电阻材料的制备方法，其具体制备流程如下：

（1）根据BaCoNb₂O₉中阳离子化学计量法称取BaCO₃，Nb₂O₅，Co₂O₃粉末，利用ZrO₂磨球添加乙醇进行球磨混粉，球磨10小时后对材料进行干燥得到最终的干燥粉体；

（2）将（1）中所得的干燥粉体进行煅烧，煅烧条件为在1000℃的空气气氛中煅烧4小时；

（3）将煅烧后的氧化物球磨成细粉状，与粘结剂混合后压制成型；

（4）采用多物理场耦合活化烧结技术（Micro-FAST）进行烧结，选取的烧结参数如下：控制升温速率为50℃/s，升温至1300℃，保温时间1h，烧结完成后随炉冷却。

优选地，所述步骤（3）中，粘结剂为5%PVA，成型压力为175MPa，压成4mm厚、直径4mm的圆柱形样品。