PTC 熱敏陶瓷

　　1950年荷蘭Hayman等人作用，在BaTiO3材料中摻入微量元素提供有力支撐，如Sb管理，La豐富內涵，Sm,Gd,Ho等數據，其常溫電阻率下降到10^-2~10⁴cm。與此同時當溫度超過材料的居里溫度就能壓製，在幾十度溫度范圍內(nèi)邁出了重要的一步，其電阻率增大4~10個數(shù)量級，即產(chǎn)生所謂PTC效應發揮。

　　BaTiO₃是一種典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)品牌。BaTiO₃系半導體陶瓷的制造方法與一般的電子陶瓷材料基本相同。只是對原材料的純度設施、摻雜成分的均勻性及工藝過程的控制有較高的要求節點。持別是BaTiO₃半導體陶瓷與金屬銀電極的接觸面電阻可高達10³Ω，并有整流特性要求，故一般采用鍍鎳電極等，形成良好的歐姆接觸。用BaTiO₃制成的PTC熱敏電阻器開放以來，其電阻率-溫度(ρ-T)特性如圖4.2-26所示等形式；此外還有靜態(tài)伏安特性；電流-時間特性和耐電壓特性等組合運用。與熱效應有關的參數(shù)有耗散系數(shù)的特點、熱時間常數(shù)和熱容量。

　　圖4.2-26BaTiO3系PTC熱敏陶瓷的電阻率-溫度(ρ-T)特性曲線示意圖

　　為了制造優(yōu)良的PTC熱敏電阻研究與應用，首先是使BaTiO₃半導化適應性，其途徑有兩條：①摻入施主雜質(zhì)，選擇化合價高于Ba2+的元素取代Ba²⁺位有效保障，如La³⁺等激發創作，或者選擇化合價高于Ti⁴⁺的元素取代Ti⁴⁺，如Nb5+等傳遞，無論那種情況都在禁帶中形成施主能級充分，使BaTiO3成為n型半導體；②材料在還原氣氛中燒結(jié)的發生，使之產(chǎn)生氧缺位融合，因之在禁帶中產(chǎn)生施主能級，在室溫下形成n型電導相結合；另外提升，在配料中引入適量的Al₂0₃、SiO₂新產品、TiO₂意向，這種AST玻璃相可以吸附或吸收原料中帶入的對半導化有害的雜質(zhì)持續發展，降低材料電阻率。在原料不純的條件下系統性，還可通過適當縮短z高燒結(jié)溫度合作、保溫時間、快速降溫與階段保溫相結(jié)合等方法損耗，在一定程度上降低材料電阻率勇探新路。

　　BaTiO3材料的居里溫度為120℃，電阻率-溫度特性在居里溫度發(fā)生突變形式，由于PbTiO₃擴大，鐵電材料的居里溫度約為500℃，故加入PbO可以提高居里溫度傳遞，理論上可在120~ 500℃之間調(diào)節(jié)讓人糾結。同理加入Sr²⁺、Sn⁴⁺發揮效力、Zr⁴⁺等離子全面革新，可使居里溫度向低溫移動。Pb²⁺結構、Sr²⁺等離子都叫居里點移峰劑空間廣闊。

　　關于BaTiO₃半導瓷的PTC效應至今沒有一種成熟的理論解釋，但是單晶材料沒有PTC效應效果，可見BaTiO₃半導瓷的PTC效應是晶界邊界效應作用的結(jié)果。Heywang(海旺)假設在施主摻雜BaTiO₃半導體陶瓷的晶粒邊界處存在著二維受主型表面態(tài)，這些表面態(tài)與晶界內(nèi)載流子相互作用服務水平，從而在晶粒表面產(chǎn)生勢壘層線上線下，這個表面勢全層的能帶如圖4.2-27所示。在耗盡假設的前提下能力建設，由泊松方程推得其勢壘高度為

　　式中知識和技能，n_D是施主濃度；b是耗盡層厚度醒悟；ε₀是真空介電常數(shù)進行部署；ns是表面電荷密度。圖中Ec是導帶底新模式，EF是費米能級。由式可見ψ₀與ε_eff是相關的，但在居里溫度以下各方面，ε_eff高達10000左右堅定不移，ψ₀很低，但在居里溫度以上時占，由于介電常數(shù)按居里-外斯定律下降技術的開發，所以ψ₀就隨之升高成效與經驗。另外，在居里溫度以下時健康發展，由于產(chǎn)生自發(fā)極化提供了有力支撐，表面電荷被極化強度的垂直分量所補償，使有效ns大幅度下降深刻內涵，使ψ₀隨之大幅度下降競爭力；而在居里溫度以上時，自發(fā)極化消失逐步改善，因此有效的ns 增多，ψ₀進一步增高，故電阻率急驟上升落實落細。
 

圖4.2-27半導體陶瓷的晶粒邊界處勢壘層的能帶示意圖

　　海旺模型雖較為成功地解釋了PTC效應，但有些實驗現(xiàn)象還解釋不了組成部分。Deniels(丹尼爾斯)等人又提出了晶粒表面鋇缺位高阻層模型深入闡釋，但仍有它的局限性。

　　PTC熱敏電阻主要用于溫度傳感器高效化、溫度補償大大提高、過熱過電流保護、時間延遲元件完成的事情、自動消磁調整推進、馬達啟動器和加熱器等。