本发明属于热敏电阻，具体涉及一种多晶金刚石片在制备低温热敏电阻器件中的应用。
背景技术：
：：1、温度所传递的各种数据信息在科学研究及工程应用领域至关重要，精准、可靠的温度数据监测与是信息化、智能化时代发展的必要技术基础。金刚石被誉为终极宽禁带半导体材料，具有优异的力学、热学与电学性能，基于金刚石的负温度系数(ntc)热敏电阻器件具有诸多应用优势。实际上，金刚石相关ntc热敏电阻已有数十年研究历史，其监测温度范围可由80k至1270k，涵盖了低温、常温、高温三大温域，响应时间常数可达μs量级，远快于常见的尖晶石型、钙钛矿型等传统ntc陶瓷材料的ms量级。另外，金刚石的高化学稳定性和低热膨胀系数赋予了金刚石热敏电阻在腐蚀、辐射、温度骤变等多重极端环境中应用的能力。同时结合金刚石优异的物理性能，还能够形成集温度传感与机械加工、辐照计量等功能为一体的多模态智能感知器件，实现多重功能适用性。鉴于其独特的物理性质，金刚石热敏电阻器件能够并行实现多种功能，有望促进下一代智能系统的发展，极具应用前景。2、已有研究表明，金刚石热敏电阻器件在高温区(＞200℃)的敏感性能较好，但在低温区(＜200℃)的敏感性能普遍较弱。例如，单晶金刚石片作为敏感元件时，仅能感应200℃以上温度范围的温度变化(kim t j,davis k l,liu y,et al.development of a stablehigh-temperature diamond thermistor using enhanced supporting designs.ieeesens j,2019,19(16):6587-6594)；又如，基于多晶金刚石薄膜的热敏电阻在225℃以上的温度敏感常数b值可达12100k(miyata k,saito k,nishimura k,et al.fabrication andcharacterization of diamond film thermistors.rev sci instrum,1994,65(12):3799-3803)，而其在50℃附近的温度敏感常数b值仅约2000k左右(neto m a,esteves d, a v,et al.tough negative temperature coefficient diamond thermistorscomprising tungsten carbide ohmic contacts.diam relat mater,2020,109:108036)。技术实现思路1、本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种多晶金刚石片在制备低温热敏电阻器件中的应用，实现在低温区间(＜200℃)内具备高敏感性能的金刚石热敏电阻器件。2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：3、本发明的第一目的是提供一种多晶金刚石片在制备感应低温的热敏电阻器件中的应用，包含多晶金刚石片，所述多晶金刚石片的厚度为0.3～2mm，晶粒尺寸为0.01～0.2mm，晶粒取向为晶面(220)方向。4、进一步的，所述多晶金刚石片含有0.01～10ppm量级的氮元素和0.01％-1％的sp2碳。5、进一步的，所述热敏电阻器件适用温度低于200℃。6、进一步的，所述多晶金刚石片的制备方法，包括以下步骤：7、步骤s1，采用化学气相沉积技术在衬底上生长多晶金刚石厚膜；8、步骤s2，将所述多晶金刚石厚膜剥离生长衬底，获得自支撑多晶金刚石；9、步骤s3，将自支撑多晶金刚石切割加工成一定尺寸、形状，并通过抛光降低表面粗糙度，得到多晶金刚石片。10、进一步的，在步骤s1中，所述化学气相沉积技术采用热丝化学气相沉积。11、进一步的，在步骤s1中，所述生长衬底为金属钼、钨、钽、钛、铪、铱、锆、钒中的任一种或多种，还可以为硅、碳化硅、氧化硅、氮化硅和氧化铝中的任一种。12、本发明的第二目的是采用上述的多晶金刚石片制备得到的热敏电阻器件，在所述多晶金刚石片表面通过掩模沉积不同尺寸、厚度的金属电极，形成平面型或垂直型结构的热敏电阻器件。13、进一步的，在所述多晶金刚石片的上下表面通过磁控溅射、电子束蒸发或热蒸镀配合不同形状的掩模版，沉积5/50nm厚的ti/au或ti/pt电极，形成平面型或垂直型结构的热敏电阻器件。14、进一步的，所述热敏电阻器件的电阻随温度升高呈指数降低，在25～200℃区间，电阻随温度变化大于103ω。15、进一步的，所述热敏电阻器件的温度敏感常数b值大于7000k。16、本发明的第三目的是提供上述的热敏电阻器件在制造温度传感器中的应用。17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：18、本发明提供的一种多晶金刚石片在制备感应低温的热敏电阻器件中的应用，该多晶金刚石片的厚度为0.3～2mm，晶粒尺寸为0.01～0.2mm，晶粒取向为(220)方向。解决了金刚石热敏电阻在200℃以下的低温区敏感性能不够的问题。通过简化器件结构，设计制备基于自支撑金刚石的热敏电阻器件，避免了衬底材料等外部干扰；进而调控自支撑多晶金刚石的晶粒取向，明晰热激发电导机制，优化提升器件的低温敏感性能；制得的自支撑多晶金刚石热敏电阻在25～200℃范围内的温度敏感常数b超过7000k，最高可达9818k，较传统的金刚石多晶薄膜热敏电阻(b约2000k)有数倍的性能提升。技术特征：1.一种多晶金刚石片在制备低温热敏电阻器件中的应用，其特征在于，所述多晶金刚石片的厚度为0.3～2mm，晶粒尺寸为0.01～0.2mm，晶粒取向为晶面(220)方向。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述多晶金刚石片含有0.01～10ppm量级的氮元素和0.01％-1％的sp2碳。3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述热敏电阻器件适用温度低于200℃。4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述多晶金刚石片的制备方法，包括以下步骤：5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，在步骤s1中，所述化学气相沉积技术采用热丝化学气相沉积，所述生长衬底为金属钼、钨、钽、钛、铪、铱、锆、钒中的任一种或多种，或者为硅、碳化硅、氧化硅、氮化硅和氧化铝中的任一种。6.一种采用如权利要求1或2中所述的多晶金刚石片制备得到的热敏电阻器件，其特征在于，在所述多晶金刚石片表面通过掩模沉积不同尺寸、厚度的金属电极，形成平面型或垂直型结构的热敏电阻器件。7.如权利要求6所述的热敏电阻器件，其特征在于，在所述多晶金刚石片的上下表面通过磁控溅射、电子束蒸发或热蒸镀配合不同形状的掩模版，沉积5/50nm厚的ti/au或ti/pt电极，形成平面型或垂直型结构的热敏电阻器件。8.如权利要求7所述的热敏电阻器件，其特征在于，所述热敏电阻器件的电阻随温度升高呈指数降低，在25～200℃区间，电阻随温度变化大于103ω。9.如权利要求7所述的热敏电阻器件，其特征在于，所述热敏电阻器件的温度敏感常数b值大于7000k。10.如权利要求6-9中任一项所述的热敏电阻器件在制造温度传感器中的应用。技术总结本发明提供了一种多晶金刚石片在制备低温热敏电阻器件中的应用，属于热敏电阻
技术领域：
：。该多晶金刚石片的厚度为0.3～2mm，晶粒尺寸为0.01～0.2mm，晶粒取向为晶面(220)方向。解决了金刚石热敏电阻在200℃以下的低温区敏感性能不够的问题。通过简化器件结构，设计制备基于自支撑金刚石的热敏电阻器件，避免了衬底材料等外部干扰；进而调控自支撑多晶金刚石的晶粒取向，明晰热激发电导机制，优化提升器件的低温敏感性能；制得的自支撑多晶金刚石热敏电阻在25～200℃范围内的温度敏感常数B超过7000K，最高可达9818K，较传统的金刚石多晶薄膜热敏电阻有数倍的性能提升。技术研发人员：陈巧,赵艺梦,尹作为,薛保山,殷杰,陈明受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）技术研发日：技术公布日：2024/3/27