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以锰为主的尖晶石结构过渡金属复合氧化物具有显著的负温度系数特性(Negative Temperature Coefficient,简称NTC),即电阻率随温度升高而降低。由于NTC热敏电阻的灵敏度和稳定性较高,可靠性较好,价格低廉,所以被广泛应用于温度测量与控制、温度补偿和抑制浪涌电流等领域。这类材料的导电机理是声子协同作用的小极化子跳跃模型,电阻率与温度的关系符合Arrhenius方程:ρ=ρ0 exp[Ea/KT],其中Ea为载流子跳跃激活能。25℃的电阻率ρ25、材料常数B25/50=Ea/K和老化系数△R/R是热敏电阻的三个重要电性能参数。 热敏电阻的电性能主要决定于体系中过渡金属离子的价态和其在四面体和八面体中的分布,但影响这些离子价态和分布的因素有很多。例如,Cu离子在Mn-Ni-Cu-O体系中的价态和离子分布较为复杂,文献中的报道不尽相同。至于Cu代替部分Mn后使得体系具有较高的电导率和老化系数,其机理更是众说纷纭。 目前,有些方法可以提高NTC材料的稳定性和一致性,例如调节控制初始粉料的密度、化学组分和微结构;调节电极的类型和性质;调节阳离子的分布等。也有人通过掺入其他元素或者第二相来减小热敏电阻的老化系数。例如目前大多采用掺入Ba,Li和Si等元素抑制老化,但效果有限。 本文采用新颖的固相配位反应法制备了Mn-Ni-Cu-O复合氧化物粉体和热敏陶瓷样品。并研究了ZrO2第二相的掺杂对热敏陶瓷电性能的影响。 本论文第一章介绍了热敏陶瓷的历史、材料体系分类、制备方法、材料的导电机理以及热敏陶瓷的应用与发展趋势。 第二章研究了用高温固相反应法制备FeNiMnO4负温度系数热敏电阻材料粉体,采用多次煅烧、球磨工艺,来提高陶瓷粉体的均匀性,从而提高NTC热敏电阻材料的一致性和重复性,并提高陶瓷样品的密度,降低NTC热敏电阻的老化。 第三章研究了Cu0.3Ni0.66Mn2.04O4复合氧化物的室温固相反应制备方法。发现乙酸铜、乙酸镍、乙酸锰与草酸在室温下混合球磨,即迅速发生反应,生成铜、镍、锰三元复合草酸盐和乙酸,粒径为100-200nm。该复合草酸盐在850℃、空气气氛中煅烧分解生成尖晶石型复合氧化物。所制的复合氧化物粉体具有精确的化