【摘要】：BaTiO_3基PTC陶瓷材料具有獨特的電阻-溫度特性,其電阻在居里溫度T_C附近一個較窄的溫度范圍內(nèi)能快速增長幾個數(shù)量級。典型的鈦酸鋇基PTC陶瓷電阻溫度特性存在兩個特征溫度,一個是最小電阻率溫度T_(ρmin),另一個為最大電阻率溫度T_(ρmax)。當溫度低于T_(ρmin)時,展現(xiàn)出NTC效應;在T_(ρmin)和T_(ρmax)之間時,展現(xiàn)出PTC效應;當溫度高于T_(ρmax)時,又展現(xiàn)出NTC效應。以往人們對鈦酸鋇基PTC陶瓷的研究大都關(guān)注于PTC效應的起源和正溫度系數(shù)的調(diào)控,極少有針對NTC效應的研究報道。本論文正是在這一背景下展開的,目的是通過對鈦酸鋇基PTC陶瓷NTC效應的研究,探索PTC效應的起源,同時,嘗試將NTC和PTC效應結(jié)合,期望開發(fā)出一種新型的雙功能熱敏元件,實現(xiàn)感測和控制一體化。通過一系列的研究,本論文取得如下一些結(jié)果:1.Y摻雜BaTiO_3陶瓷在低溫區(qū)和高溫區(qū)具有NTC特性。Nb摻雜BaTiO_3陶瓷在低溫區(qū)無NTC特性,在高溫區(qū)具有NTC特性。2.Y摻雜BaTiO_3陶瓷在-55℃~10℃(正交相)、10℃~T_(ρmin)(四方相)和T_(ρmax)~400℃(立方相)各段溫區(qū)內(nèi)勢壘高度為定值,而在相變溫度處,勢壘高度會發(fā)生變化。正交-四方相變使勢壘高度降低,四方-立方相變引起勢壘增高。3.Pb部分取代Y摻雜Ba TiO_3陶瓷提高了低溫區(qū)NTC特性,降低了PTC特性。組成為(Ba_(0.8464)Y_(0.0036)Pb_(0.15))TiO_3+0.1wt%Al_2O_3+0.5wt%SiO_2的樣品,在1280℃下燒結(jié)2 h時具有最優(yōu)的NTC/PTC綜合性能,室溫電阻率為217.8Ωcm,升阻比為2.99,NTC特性熱敏常數(shù)為1141 K。4.Sr部分取代Y摻雜BaTiO_3陶瓷降低了高溫區(qū)NTC特性,少量Sr(10 mol%)能提升PTC特性,過量則形成相反效果。5.通過復阻抗譜解析得到,NTC特性由晶界產(chǎn)生。在低溫區(qū),晶界的導電方式為小極化子跳躍導電,跳躍方式為最近鄰跳躍(NNH);晶粒的導電方式為載流子在導帶中遷移導電。在高溫區(qū),晶粒與晶界的導電方式均為小極化子跳躍導電,其跳躍方式均為NNH。NTC特性主要由極化子受熱激發(fā)跳躍導電產(chǎn)生。6.晶界對PTC陶瓷的阻溫特性起決定性作用。本論文認為:在非相變溫區(qū),晶界勢壘為一定值;但在相變溫度處,晶界勢壘會發(fā)生改變。相變產(chǎn)生的勢壘的表達式為ΔΦ=ΦO+ΦJ+ΦB，ΦO、ΦJ、ΦB分別代表退極化產(chǎn)生的勢壘、氧吸附層產(chǎn)生的勢壘和晶界玻璃相產(chǎn)生的勢壘。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.1
【圖文】：

圖 1-1 鈦酸鋇的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖[5]體在一定的溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，而且其自發(fā)極化方向可，晶體的這種性質(zhì)稱為鐵電性。BaTiO3在 TC以上為立方結(jié)構(gòu)子發(fā)生偏移產(chǎn)生自發(fā)極化，為順電相。BaTiO3在 Tc 處發(fā)生順電轉(zhuǎn)為四方結(jié)構(gòu)，原因是 Ti4+沿 c 軸發(fā)生相對位移后，晶胞沿 c 軸中心不重合，形成偶極矩，產(chǎn)生自發(fā)極化，使得材料具有鐵電電-鐵電相變稱為二級相變，BaTiO3在 5℃（T1）和-90℃（T2，稱為一級相變。晶胞結(jié)構(gòu)經(jīng)過 T1和 T2分別轉(zhuǎn)為正交相和三沿[011]和[111]方向。圖 1-2 為鈦酸鋇的三次相變的晶胞結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)

圖 1-1 鈦酸鋇的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖[5]體在一定的溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，而且其自發(fā)極化方向可，晶體的這種性質(zhì)稱為鐵電性。BaTiO3在 TC以上為立方結(jié)構(gòu)子發(fā)生偏移產(chǎn)生自發(fā)極化，為順電相。BaTiO3在 Tc 處發(fā)生順電轉(zhuǎn)為四方結(jié)構(gòu)，原因是 Ti4+沿 c 軸發(fā)生相對位移后，晶胞沿 c 軸中心不重合，形成偶極矩，產(chǎn)生自發(fā)極化，使得材料具有鐵電電-鐵電相變稱為二級相變，BaTiO3在 5℃（T1）和-90℃（T2，稱為一級相變。晶胞結(jié)構(gòu)經(jīng)過 T1和 T2分別轉(zhuǎn)為正交相和三沿[011]和[111]方向。圖 1-2 為鈦酸鋇的三次相變的晶胞結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 周東祥,龔樹萍,李標榮;高性能鈦酸鍶鋇PTC材料的研究[J];華中工學院學報;1986年06期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 何林;塊體、厚膜和薄膜NTC熱敏電阻的制備與性能[D];華南理工大學;2012年

2 霍偉榮;BaTiO_3基復合PTC材料的研究[D];天津大學;2007年

本文編號：2717260