钙钛矿氧化物材料的热敏性和器件的研究

论文摘要

在功能材料这一领域，热敏材料和超巨磁电阻材料近年来成为科学家关注的热点。而以La1-xCaxMnO3为代表的钙钛矿氧化物由于其超巨磁电阻特性更是焦点，对其众多特性也出现了多种的物理机制解释。本论文采用化学共沉淀法制备出了La0.67Ca0.33MnO3多晶材料，对预烧后的粉体进行了粒度分析表征以及XRD表征，对烧结体进行了XRD表征，相对密度的测量和电阻温度曲线测量，其结果表明：1．采用共沉淀方法得到的La0.67Ca0.33MnO3粉末，经过预烧后，其粉末颗粒小，分布比较窄，这有助于压片成型和烧结的进行；2．实验得到的La0.67Ca0.33MnO3烧结体，致密化程度高（相对密度为94.5％），是单一相的简单立方结构的多晶材料，其晶格常数为a=b=c=3.85（8）Angstrom。3．测得La0.67Ca0.33MnO3烧接体的电阻温度曲线，其TC=262.6K，峰值电阻R=179.7Ω，并且在温度区间300-340K之间，电阻与温度呈现一定的线性关系。使用上述制备的La0.67Ca0.33MnO3多晶材料制备出了一种热敏电阻，并对其进行系统的性能测试，我们得到如下结论：1．热敏电阻的制备工艺中预处理（磨抛、清洗）、退火处理促成热敏电阻具有良好载流子输运性；2．封装后的热敏电阻的电阻值与温度（308-315K）呈现良好的线性关系，这种线性化关系使电路设计简单化。与Pt100相比，封装后的热敏电阻测温相对误差≤0.1％，比市场上的欧姆龙热敏电阻的误差±0.1℃（相对误差在0.3％-0.25％之间）还小。并且具有较高的电阻温度系数1％／℃-10％／℃，其材料常数为B25／50=1074.2K，B25／80=1214.8K。3．通过热敏电阻的阻湿特性曲线测试，我们首次发现制得的La0.67Ca0.33MnO3材料具有湿敏性，而且热敏电阻在中湿阶段（55％-80％）的电阻值随着湿度呈现良好的线性变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 热敏器件的发展与现状
• 1.2 热敏电阻的工作原理
• 1.2.1 半导体导电机理
• 1.2.2 工作原理
• 1.3 热敏电阻的分类及特性
• 1.3.1 NTC热敏电阻
• 1.3.2 PTC热敏电阻
• 1.3.3 CTR热敏电阻
• 1.4 热敏电阻性能的表征参数
• 1.4.1 标称电阻值（冷阻）
• 1.4.2 材料常数
• 1.4.3 电阻温度系数
• 1.4.4 时间常数
• 1.4.5 耗散系数
• 1.4.6 额定功率（使用功率）
• 1.4.7 使用温度范围
• 1.5 钙钛矿氧化物材料的研究及现状
• 3型钙钛矿氧化物的结构'>1.6 ABO₃型钙钛矿氧化物的结构
• 1.6.1 晶体结构
• 1.6.2 电子结构
• 1.7 CMR材料的物理机制
• 1.7.1 超交换作用
• 1.7.2 双交换作用
• 1.7.3 John-Teller效应
• 1.7.4 电荷、自旋、轨道有序
• 1-xAE_xMNO₃材料的应用'>1.8 RE_1-xAE_xMNO₃材料的应用
• 1.8.1 测辐射热仪
• 1.8.2 激光功率计
• 1.9 钙钛矿湿敏材料
• 1.9.1 水在湿敏陶瓷的表面吸附
• 1.9.1.1 化学吸附
• 1.9.1.2 物理吸附
• 1.9.2 感湿机理
• 1.9.2.1 晶界势垒模型
• 1.9.2.2 质子导电理论
• 1.10 温度传感器的比较
• 1.10.1 NTC热敏电阻
• 1.10.2 铂电阻
• 1.10.3 热电偶
• 1.10.4 硅传感器
• 1.11 本论文选题及意义
• 1.11.1 电子体温计市场状况
• 1.11.2 论文选题与意义
• 第二章 多晶LCMO电子陶瓷的制备
• 2.1 引子
• 2.2 NTC热敏电子陶瓷粉体特性
• 2.3 粉体的制备方法
• 2.3.1 物理方法
• 2.3.1.1 机械粉碎法
• 2.3.1.2 蒸发-凝结法
• 2.3.1.3 冷冻干燥法
• 2.3.2 化学方法
• 2.3.2.1 液相法
• 2.3.2.2 固相法
• 2.3.2.3 气相法
• 2.4 共沉淀法制备LCMO多晶材料
• 2.4.1 粉体配方
• 2.4.1.1 原料计算
• 2.4.1.2 原料的预处理
• 2.4.1.3 原料的称量
• 2.4.2 共沉淀物的制备
• 2.4.2.1 沉淀过程
• 2.4.2.2 陈化（Ageing）
• 2.4.2.3 过滤、洗涤
• 2.4.2.4 干燥
• 2.4.3 粉体预处理
• 2.4.3.1 预处理方法
• 2.4.3.2 LCMO粉体预烧
• 2.4.4 LCMO粉体表征
• 2.4.4.1 粒度分析
• 2.4.4.2 XRD表征
• 2.4.5 粉体的成型
• 2.4.5.1 成形方法
• 2.4.5.2 LCMO粉体成型过程
• 2.4.6 LCMO粉体烧结
• 2.4.6.1 烧结原理
• 3.4.6.2 粉体的烧结与退火
• 2.4.7 烧结体的表征
• 2.4.7.1 物相和结构的表征
• 2.4.7.2 致密度表征
• 2.4.7.3 靶材的电子输运性测量
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 粉体粒度分析
• 2.5.2 粉体XRD分析
• 2.5.3 烧结体XRD分析
• 2.4.4 烧结体致密度分析
• 2.5.5 烧结体的R-T特性分析
• 2.6 小结
• 第三章 LCMO热敏电阻的制备
• 3.1 电子陶瓷的金属化
• 3.1.1 被银法
• 3.1.2 钼锰法
• 3.1.3 电镀工艺
• 3.1.4 浸锡工艺
• 3.2 欧姆接触
• 3.3 LCMO材料的预处理
• 3.3.1 切片
• 3.3.2 磨抛
• 3.3.3 清洗
• 3.4 粘接银浆
• 3.5 电极烘烤
• 3.6 退火处理
• 3.7 热敏电阻封装
• 3.7.1 封装方法
• 3.7.2 封装处理
• 第四章 热敏电阻器的性能测试与表征
• 4.1 电阻—温度（R-T）测试系统
• 4.2 热敏电阻测温系统
• 4.3 LCMO热敏电阻性能测试
• 4.3.1 阻温特性测试
• 4.3.2 阻湿特性的测试
• 4.3.3 测温比较
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 退火对样品载流子输运性的影响
• 4.4.2 热敏电阻的稳定性
• 4.4.3 阻湿特性分析
• 4.4.3.1 阻湿特性
• 4.4.3.2 电阻湿度系数
• 4.4.4 测温比较结果与分析
• 4.4.4.1 未封装的热敏电阻
• 4.4.4.2 完全封装的热敏电阻
• 4.4.4.3 测温比较分析
• 4.4.5 LCMO热敏电阻性能表征
• 4.4.5.1 材料常数
• 4.4.5.2 电阻率
• 4.4.5.3 电阻温度系数
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B