题名Co-Mn-Fe-Zn-O纳米粉体材料的溶剂热法制备及热敏性能研究
作者马秀花
答辩日期2021-05-29
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院新疆理化技术研究所
导师张惠敏
关键词纳米粉体 NTC陶瓷材料 水热法 导电机理 稳定性
学位名称硕士
学位专业材料物理与化学
英文摘要

常温NTC(Negative Temperature Coefficient)陶瓷材料中尖晶石结构Co-Mn-Fe-Zn-O体系陶瓷具有灵敏度高、测温范围广、可靠性高等优点,广泛应用于家用电器与汽车的温度测控过程中。由于其电性能一致性、稳定性以及封装技术等问题,目前还未能大规模应用于手机等电子设备中。陶瓷材料热敏性能与其粉体制备工艺密切相关。因此,探索一种粉体制备工艺从而提高Co-Mn-Fe-Zn-O陶瓷材料的电阻率一致性与稳定性具有较大的实用价值。本文选用醇热法与水热法制备Co2Mn1.5Fe2.1Zn0.4O8纳米粉体材料,探究其最佳制备工艺并深入探究纳米粉体与陶瓷材料微观结构及电学性能的关系;在此基础上对陶瓷材料烧结机制与材料稳定性的规律进行研究。主要研究结果如下:(1) 醇热法制备Co2Mn1.5Fe2.1Zn0.4O8粉体晶粒较小且分散性好。乙醇作溶剂时粉体晶粒尺寸约为30 nm,其相应陶瓷材料微观形貌较均匀致密,室温电阻ρ25为12.7×103 Ω∙cm,材料常数B25/50为3985 K,经125 ℃老化600 h时阻值随时间最大变化率∆R/R0为0.83 %。(2) 采用水热法制备Co2Mn1.5Fe2.1Zn0.4O8四元材料体系的最佳制备条件为150 ℃反应9 h,搅拌速率为200 rpm时制备粉体晶粒尺寸最小约20 nm。相应陶瓷材料室温电阻ρ25为14×103 Ω∙cm ,材料常数B25/50为3952 K,经125 ℃老化阻值随时间最大变化率∆R/R0为0.28 %。对Co2Mn1.5Fe2.1Zn0.4O8体系的导电机制研究表明,参与导电的主要是八面体中Mn3+离子和Mn4+离子对、Fe2+离子与Fe3+离子对。而晶界可通过势垒对电子产生能量过滤效应使Mn3+离子和Mn4+离子之间、Fe2+离子与Fe3+离子之间的跃变能力减弱,载流子运动减少,使电阻率增大。(3) 研究了Co2Mn1.5Fe2.1Zn0.4O8陶瓷材料烧结机制与材料稳定性的变化规律,水热法制备的Co2Mn1.5Fe2.1Zn0.4O8纳米粉体以1.5 ℃/min升温并以1 ℃/min降温在1200 ℃烧结后呈现较好的热稳定性。其B25/50值在3958(±1%) K,ρ25在12.3×103(1%) Ω∙cm。以1.5 ℃/min升温并以1 ℃/min降温在1200 ℃烧结陶瓷元件B25/50=3965 K,ρ25=13×103 Ω∙cm,电阻率偏差为0.01,元件电阻率一致性较高。以1.5 ℃/min升温并以1 ℃/min降温于1200 ℃烧结陶瓷材料125 ℃下老化600 h 后,△R/R0 =0.249 %。对Co–Mn-Fe-Zn-O体系的老化机理研究表明,在老化过程中,材料晶体形貌没有显著变化,而由于氧空位迁移,八面体中的Fe2+离子被氧化为Fe3+离子,部分Mn4+转化为Mn3+,从而导致陶瓷的电阻率增加。

内容类型学位论文
源URL[http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/7893]  
专题新疆理化技术研究所_材料物理与化学研究室
推荐引用方式
GB/T 7714
马秀花. Co-Mn-Fe-Zn-O纳米粉体材料的溶剂热法制备及热敏性能研究[D]. 中国科学院新疆理化技术研究所. 中国科学院大学. 2021.
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