适用于宽温区测温的高精度热敏电阻材料及其制备方法

本发明涉及一种适用于宽温区测温的高精度热敏电阻材料及其制备方法。

背景技术：

1、高熵陶瓷因其独特的结构特征和熵工程而引发的有趣功能特性在广泛的领域中吸引了越来越多的兴趣，这为调整氧化物陶瓷的成分，微观结构和性能带来了机遇。最近的报道显示高熵氧化物陶瓷中实际上存在高密度位错(约109mm-2)，重要的是高密度位错是热力学稳定的，因为构型熵增益可以补偿氧化物陶瓷中刚性离子/共价键引起的大应变。在氧化物陶瓷中建立稳定的高密度位错，将为调整氧化物陶瓷的机械、化学、电学和传输特性等带来前所未有的机会。

2、高熵效应在高熵陶瓷中是非常重要的，一方面它们能够在极端温度、压力和化学环境下保持单相，在各种应用中表现出优异的稳定性和复原力。另一方面它们能够形成位错基局部可塑性区并成为块状陶瓷中的额外增韧机制以解决一直以来限制陶瓷广泛应用的脆性问题。当然高熵效应给氧化物陶瓷邻域带来的变革远不止于此，对于ntc热敏陶瓷而言，高构型熵提升了陶瓷整体的稳定性，而高密度位错对氧离子的传输也有着难得的抑制作用。在一些氧化物陶瓷中，高密度位错可以形成一个笼罩在晶界附近的扩散屏障，抑制氧离子从晶界向内部的扩散。这将有利于解决ntc热敏陶瓷中多价态金属阳离子发生的复杂且多样的现象，特别是阳离子电荷歧化的温度依赖性导致的复杂氧非化学计量行为。

3、离子固体中的位错是拓扑扩展缺陷，在多个长度尺度上调节成分、应变和电荷。因此，它们提供了额外的自由度来定制离子和电子传输，超出了本体掺杂固有的限制。高密度位错对ntc热敏陶瓷的优化是可预见的，温度依赖氧非化学计量行为的解决将有助于热敏陶瓷的性能突破并提升ntc热敏陶瓷在温度传感器领域的应用前景。cenbo4+δ是混合电子-氧离子导电材料、具有良好的负温度系数热敏特性，而且通过配置构型熵策略调控陶瓷材料中的位错密度以抑制氧离子的传导能力，进而改变材料中氧离子传导对陶瓷产生的不利影响。借此可以通过配置构型熵策略调节cenbo4+δ陶瓷的电输运特性和高温稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种适用于宽温区测温的高精度热敏电阻材料及其制备方法，该材料以二氧化铈、三氧化二钕、三氧化二钐、五氧化二钒、五氧化二铌和五氧化二钽为原料，经混合研磨、预烧、冷等静压成型、高温烧结、涂烧电极，即得到材料常数为b200℃/600℃＝4633k-5689k，温度150℃时电阻率为1.04×107-1.78×105ω.cm，lnρ和1000/t的线性拟合pearson’s r系数均≥999.57‰，温度600℃老化1000小时后电阻漂移率≤2.6％的宽温区高精度热敏电阻材料，该热敏电阻材料性能稳定，一致性好，在-50—550℃的宽温度范围内具有明显的负温度系数特性，适合制造高温热敏电阻器。

2、本发明所述的一种适用于宽温区测温的高精度热敏电阻材料，该热敏电阻材料以二氧化铈、三氧化二钕、三氧化二钐、五氧化二钒、五氧化二铌和五氧化二钽为原料，其化学组成为ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4，其中0≤x≤1/3，该电阻材料的结构在0≤x≤1/12时表现为四方白钨矿结构，在1/3≥x>1/12时表现为单斜褐钇铌矿结构，具体操作按下列步骤进行：

3、a、按化学组成为ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4，按0≤x≤1/3分别称取二氧化铈、三氧化二钕、三氧化二钐、五氧化二钒、五氧化二铌和五氧化二钽，置于玛瑙研钵中混合研磨7-9h，然后于温度900-1000℃下煅烧3-5h，并再次研磨7-9h，得到分散的单相ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4+δ粉体；

4、b、将步骤a得到的粉体材料以15-25kg/cm2的压力进行压块成型，时间为3-5分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为250-350mpa下保压3-5分钟，然后于温度1100-1200℃烧结10-14小时，得到ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4的圆片状高密度陶瓷块体材料；

5、c、将步骤b烧结的圆片状高密度陶瓷块体材料正反两面涂覆铂浆电极，然后于温度900℃下持续退火50小时，即得到温度范围为-50-550℃，材料常数为b200℃/600℃＝4633k-5689k，lnρ和1000/t的线性拟合pearson’s r系数均≥999.57‰的宽温区高精度热敏电阻材料。

6、一种适用于宽温区测温的高精度热敏电阻材料的制备方法，按下列步骤进行：

7、a、按化学组成为ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4，按0≤x≤1/3分别称取二氧化铈、三氧化二钕、三氧化二钐、五氧化二钒、五氧化二铌和五氧化二钽，置于玛瑙研钵中混合研磨7-9h，然后于温度900-1000℃下煅烧3-5h，并再次研磨7-9h，得到分散的单相ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4+δ粉体；

8、b、将步骤a得到的粉体材料以15-25kg/cm2的压力进行压块成型，时间为3-5分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为200-350mpa下保压3-5分钟，然后于温度1100-1200℃烧结10-14小时，得到ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4的圆片状高密度陶瓷块体材料；

9、c、将步骤b圆片状高密度陶瓷块体材料正反两面涂覆铂浆电极，然后于温度900℃下持续退火50小时，即得到温度范围为-50-550℃，材料常数为b200℃/600℃＝4633k-5689k，温度150℃时电阻率为1.04×107 -1.78×105ω.cm,lnρ和1000/t的线性拟合pearson’sr系数均≥999.57‰，温度600℃老化1000小时后电阻漂移率≤2.6％的宽温区高精度热敏电阻材料。

10、本发明所述的一种适用于宽温区测温的高精度热敏电阻材料及其制备方法，该材料可用以制造宽温区高精度热敏电阻器。

11、本发明所述的一种适用于宽温区测温的高精度热敏电阻材料及其制备方法，该热敏电阻材料以二氧化铈、三氧化二钕、三氧化二钐、五氧化二钒、五氧化二铌和五氧化二钽为原料，按化学组成为ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4+δ，按0≤x≤1/3分别称取，经混合研磨、煅烧、冷等静压成型、高温烧结、涂烧电极，即可得到宽温区测温的高精度热敏电阻材料；同时还可调节cenbo4中ce离子的含量以调节ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4+δ体系热敏电阻材料的电学性能，制造电性能可调的热敏电阻器。

12、本发明从cenbo4热敏电阻材料的半导体特性出发，通过高熵配置策略设计合成了可在温度-50-550℃范围使用的高稳定性ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4系热敏电阻材料。

13、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

14、本发明所述的一种适用于宽温区测温的高精度热敏电阻材料及其制备方法，该热敏电阻材料在温度-50-550℃范围具有明显的负温度系数特性，lnρ和1000/t的线性拟合pearson’s r系数均≥999.57‰，600℃老化1000小时后的电阻漂移率≤2.6％，是一种适合制造宽温区热敏电阻器的新型高精度热敏电阻材料。

15、本发明所述的一种适用于宽温区测温的高精度热敏电阻材料及其制备方法，采用固相法以铈、钕、钐、钒、铌、钽的氧化物为原料，按化学组成为ce1-2x(ndsm)x(vnbta)1/3o4，其中0≤x≤1/3，分别称取进行混和研磨、煅烧、混合，再研磨即得负温度系数热敏电阻粉体材料，再将该粉体材料压块、冷等静压成型、高温烧结后正反两面涂烧铂浆电极获得高温多组元单相固溶体热敏电阻材料，该热敏电阻材料常数为b200℃/600℃＝4633k-5689k，温度150℃时电阻率为1.04×107 -1.78×105ω.cm,lnρ和1000/t的线性拟合pearson’s r系数均≥999.57‰，600℃老化1000小时后电阻漂移率≤2.6％，具有性能稳定、精确度高、灵敏度高、一致性好等优点。该热敏电阻材料在温度-50-550℃的宽温度范围内具有优异的负温度系数特性，适合制造高性能热敏电阻器,具体性能参数见表1；

16、表1

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