钛酸钡基PTC陶瓷NTC效应研究

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1、硕士学位论文钛酸钡基PTC陶瓷NTC效应研究作者姓名雷佳学科专业微电子学与固体电子学指导导师凌志远教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月StudyoftheNTCeffectinbariumtitanatebasedPTCceramicsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LeiJiaSupervisor：Prof.LingZhiyuanSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN

2、373学校代号：10561学号：201520116008华南理工大学硕士学位论文钛酸钡基PTC陶瓷NTC效应研究作者姓名：雷佳指导教师姓名、职称：凌志远教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：微电子学与固体电子学研究方向：固体电介质及应用电子技术论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年5月30日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：胡星委员：凌志远、李屹摘要BaTiO3基PTC陶瓷材料具有独特的电阻-温度特性，其电阻在居里温度TC附近一个较窄的温度范围内能快速增长几个数量级。典型

3、的钛酸钡基PTC陶瓷电阻温度特性存在两个特征温度，一个是最小电阻率温度Tρmin，另一个为最大电阻率温度Tρmax。当温度低于Tρmin时，展现出NTC效应；在Tρmin和Tρmax之间时，展现出PTC效应；当温度高于Tρmax时，又展现出NTC效应。以往人们对钛酸钡基PTC陶瓷的研究大都关注于PTC效应的起源和正温度系数的调控，极少有针对NTC效应的研究报道。本论文正是在这一背景下展开的，目的是通过对钛酸钡基PTC陶瓷NTC效应的研究，探索PTC效应的起源，同时，尝试将NTC和PTC效应结合，期望开发出一种新型的双功能热敏元

4、件，实现感测和控制一体化。通过一系列的研究，本论文取得如下一些结果：1.Y掺杂BaTiO3陶瓷在低温区和高温区具有NTC特性。Nb掺杂BaTiO3陶瓷在低温区无NTC特性，在高温区具有NTC特性。2.Y掺杂BaTiO3陶瓷在-55℃~10℃（正交相）、10℃~Tρmi（n四方相）和Tρmax~400℃（立方相）各段温区内势垒高度为定值，而在相变温度处，势垒高度会发生变化。正交-四方相变使势垒高度降低，四方-立方相变引起势垒增高。3.Pb部分取代Y掺杂BaTiO3陶瓷提高了低温区NTC特性，降低了PTC特性。组成为(Ba0.84

5、64Y0.0036Pb0.15)TiO3+0.1wt%Al2O3+0.5wt%SiO2的样品，在1280℃下烧结2h时具有最优的NTC/PTC综合性能，室温电阻率为217.8Ωcm，升阻比为2.99，NTC特性热敏常数为1141K。4.Sr部分取代Y掺杂BaTiO3陶瓷降低了高温区NTC特性，少量Sr（＜10mol%）能提升PTC特性，过量则形成相反效果。5.通过复阻抗谱解析得到，NTC特性由晶界产生。在低温区，晶界的导电方式为小极化子跳跃导电，跳跃方式为最近邻跳跃（NNH）；晶粒的导电方式为载流子在导带中迁移导电。在高温区，

6、晶粒与晶界的导电方式均为小极化子跳跃导电，其跳跃方式均为NNH。NTC特性主要由极化子受热激发跳跃导电产生。6.晶界对PTC陶瓷的阻温特性起决定性作用。本论文认为：在非相变温区，晶界势垒为一定值；但在相变温度处，晶界势垒会发生改变。相变产生的势垒的表达式为IOJB，O、J、B分别代表退极化产生的势垒、氧吸附层产生的势垒和晶界玻璃相产生的势垒。关键词：PTC陶瓷；NTC效应；导电机理；晶界IIAbstractBariumtitanate(BT)basedPTCceramichasuniqueresistan

7、ce-temperaturecharacteristic.TheresistanceofPTCceramicincreasesseveralordersofmagnituderapidlyinanarrowtemperatureregionnearCurietemperatureTC.ThetypicalBTbasedPTCceramicexiststwocharacteristictemperatures.OneisthelowestresistivitytemperatureTρminandanotheristhehigh

8、estresistivitytemperatureTρmax.TheceramicexhibitsNTCeffectatT