Mn-Ni-O系尖晶石Sn掺杂研究
摘 要:负温度系数(NTC)热敏电阻具有很显著的负温度系数特性，即电阻率
随温度的升高而下降，它被广泛地应用于温度测量、温度控制和温度补偿等领域。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，其电阻率与温度的关系符合Arrhenius指数关系：ρ=ρ0exp(Ea/kT)，其中Ea为活化能，K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，ρ和ρ0分别为温度为T和无穷大时的电阻率。在工业上，一般用室温（25C）的电阻率和热敏常数B来表征这种热敏电阻，热敏常数B=Ea／k。在本论文中，作者用共沉淀法制备NTC热敏陶瓷粉末，并将Sn4+掺杂入Ni-Mn-O系NTC热敏陶瓷，并研究了其结构和电性能的关系。结果表明：样品均形成了单相尖晶石结构，并形成了一种新的NTC热敏陶瓷材料体系即Ni-Mn-Sn-O系，Sn4+主要进入了尖晶石结构的B位，导致了样品电阻率和B值的持续增大。
关键词:NTC热敏电阻；共沉淀；掺杂；电学性能
The Research of Sn Doped Mn-Ni-O Spinel
Abstract:Negative temperature coefficient (NTC) thermistors were widely used in
temperature measurement, temperature control, temperature compensation and other fields. The conduction of electrons in these ceramics is believed to follow a phonon—assisted hopping mechanism of charge carriers via
localized states；namely,the small polaron model．The specific resistivity of these ceramics follows the well—known Arrhenius relation：ρ=ρ0exp(Ea/kT), in which ρ is the specific resistivity,Ea the activation energy for the migration of charge carriers，k ,Boltzmann’s constant and T absolute temperature.In this paper,NTC thermistor ceramic powders were prepared by coprecipitation and then Mn-Ni-Sn-O system and their structure and electrical properties were investigated, The results showed that samples can form a single-phase with spinel structure, which is a new kind of NTC thermistor material system. Sn4+ ion enters the B-site of the spinel structure, resulting in the continued increase of sample resistivity and B value.
Keywords：NTC thermistors；coprecipitation；doping；electrical properties
1 引 言
1.1 负温度系数(NTC)热敏电阻概述
1.1.1 NTC热敏电阻的历史
热敏陶瓷材料是指电阻率随温度变化很敏感的陶瓷材料，按电阻率随温度的变化规律可以分为以下三类：负温度系数(NTC)热敏陶瓷，临界温度系数(CRT)热敏陶瓷和正温度系数(PTC)热敏陶瓷。本文主要介绍负温度系数（NTC）热敏
陶瓷。
1883年，英国伟大的物理学家、化学家法拉第（Michael Faraday，1791-1867）第一个发现了这种半导体材料。他发现Ag2S的电阻与普通金属不同，它的电阻随温度的上升而下降，而其它的普通金属的电阻值则随温度的上升而上升。法拉弟的这份关于Ag2S的半导体特性的报告后来被认为是第一份关于NTC热敏陶瓷材料的记录。由于当时对NTC热敏陶瓷的研究很少，人们对它的认识也很有限，直到一个世纪以后热敏陶瓷的商业生产和使用才开始盛行起来[1]。
20世纪30年代后期，Bell实验室开始从事于尖晶石结构陶瓷材料所显示出的特有性能的探索，他们将具有尖晶石结构的氧化物陶瓷作为NTC热敏材料，他们制得的材料具有较大的温度系数、性能稳定、一致性好等优点。50年代初，随着人们对热敏陶瓷的进一步认识，相继出现了Al、Mg、Er、Be以及Ni、Mn、Co和某些稀土金属的氧化物的高温（300C以上）热敏电阻。50年代后期，为了满足空间低温技术的需求，以过渡金属复合氧化物为主的低温热敏电阻应运而生。60年代又发现一种以VO2为主要材料的临界温度陶瓷热敏电阻，这种电阻的电阻率能在某一个临界温度突然降低几个数量级。日本70年代又开发出具有线性电阻-温度特性的半导体热敏电阻[2]。用这种热敏电阻来测量温度比非线性热敏电阻要简便得多。随着研究人员对热敏电阻认识的不断深化，我相信性能越来越好的热敏电阻将会不断地被开发出来！
1.1.2 NTC热敏电阻的基本参数
NTC热敏电阻的基本特征参数主要包括标准阻值R25、热敏常数B、电阻的耗散系数H、温度系数α等其它一些参数[3]。在工业上，经常用到的参数主要是标准阻值R25和热敏常数B。下面主要介绍这两个基本参数：
1.1.2.1 标准电阻R25 热敏电阻在温度为25C（298.15K）时的电阻值，又称额定零功率电阻值，也就是通常所说的NTC热敏电阻的阻值。
Mn-Ni-O系尖晶石Sn掺杂研究
