鈦酸鍶的研究現(xiàn)狀
時(shí)間:2020-12-01
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目前,各種電子儀器、家用音像設(shè)備及微型電子計(jì)算機(jī)等,為防止從儀器設(shè)備外部電源線、 信號線或空中傳播帶來的噪聲和浪涌電壓,以及人體靜電等因素導(dǎo)致誤操作或半導(dǎo)體器件被擊穿 損壞,都使用ZnO壓敏電阻進(jìn)行保護(hù).
然而ZnO壓敏電阻是純電阻性元件,雖具有較好的壓敏特 性,但因其介電常數(shù)小、介質(zhì)損耗大、吸收高頻噪聲及對陡峭脈沖浪涌響應(yīng)速度慢,從而限制了 它的開發(fā)應(yīng)用,使儀器、儀表的可靠性的提高受到影響.
1983年以后YalIllaoka等【_7】在還原性氣氛中 完成施主摻雜的納米鈦酸鍶系陶瓷的半導(dǎo)體化后,在其表面涂覆含Na和Na:o的漿料并在氧化性 氣氛中進(jìn)行二次處理,獲得了具有壓敏特性的納米鈦酸鍶系陶瓷晶界層電容器,它不僅具有優(yōu)良 的介電性能和顯著的伏安非線性特性,而且具有吸收1000~3000~cm2這樣較高浪涌的能力,所以 該材料兼有大容量電容器和壓敏電阻器的功能.
在低電壓工作領(lǐng)域,完全可以取代ZnO壓敏電阻 器,而且具有可克服ZnO壓敏電阻不足之處的多種電氣功能.所以人們稱這種壓敏電阻器為 srTi03多功能陶瓷器(MFC).這種新型元件,在低電壓下具有較大電容量的電容器功能(電容量大 于0.Ol心),在電壓高于某個(gè)臨界值之后,具有很強(qiáng)的壓敏電阻器功能(電壓非線性系數(shù)口大于15, 耐浪涌電流可達(dá)到l 800~cm2).
2.5熱敏元件 目前應(yīng)用最多的正溫度系數(shù)(PTC)熱敏元件是(srBa)Ti03系熱敏元件,其PTC效應(yīng)是與鐵電性 直接相關(guān)的,電阻率的突變與居里溫度相對應(yīng).為了滿足不同的用途,要求PTC材料及元件具有 不同的居里溫度:例如彩電消磁器使用時(shí)居里溫度約為50。C,理療設(shè)備的PTC要求居里溫度在 35—60。C高溫發(fā)熱體要求居里溫度在300—400。C.
鈦酸鍶的研究現(xiàn)狀
納米鈦酸鍶作為移峰劑,可降低PTC陶瓷的居 里溫度【8】.另外.(s r’Pb)Ti03系熱敏材料兼具負(fù)溫度系數(shù)(NTc)和正溫度系數(shù)(PTC)特性,在作為 防止浪涌電流元件、過壓自動保護(hù)以及溫度檢測和控制等方面都有廣泛的應(yīng)用前景.州 2.6氧敏材料l州 SrTi0,材料的晶格中存在氧空位,當(dāng)氣氛濃度變化時(shí),氧空位也跟著變化,從而引起材料 電阻的變化,可用作氧敏材料.半導(dǎo)體氧傳感器在燃燒管理、環(huán)境保護(hù)、安全防爆、冶金、食 品工業(yè)和氣體分離等方面已獲得廣泛應(yīng)用.
氧化物半導(dǎo)體氧傳感器因具有氧敏響應(yīng)時(shí)問短、靈 敏度較高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、不需要參比氧電極等優(yōu)點(diǎn),育希望替代濃差電池型半導(dǎo)體氧傳 2.7濕敏材料悼1摻雜一些元素(如Sr,K等)后的納米鈦酸鍶,會吸收周圍氣氛中的水,使電子導(dǎo)電率和介電常數(shù) 提高,從而使電導(dǎo)率增加.因此納米鈦酸鋸材料可作為濕敏材料應(yīng)用于控制電子設(shè)備周圍的濕度. 在以上這些應(yīng)用領(lǐng)域中,都是首先制備超細(xì)鈦酸鍶粉體,然后直接應(yīng)用粉體作為材料,或以 該粉體作為原料進(jìn)一步加工成器件.因此,鈦酸鍶系超細(xì)粉體的制備是鈦酸鍶系功能材料應(yīng)用的 前提,也直接影響材料的性能.
3現(xiàn)有的鈦酸鍶超細(xì)粉制備技術(shù)及其存在的問題 傳統(tǒng)的鈦酸鍶制備方法為高溫固相反應(yīng)法,隨著各相關(guān)行業(yè)的發(fā)展,對粉體性能的要求越來 越高,需要嚴(yán)格控制顆粒的均勻性、純度、粒度和化學(xué)計(jì)量比等.傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備的鈦酸 鍶系粉體己不能滿足上述要求,為此開發(fā)出了許多化學(xué)液相粉體制備方法.
萬方數(shù)據(jù) 過程工程學(xué)報(bào) 3.1高溫固相反應(yīng)法【J高溫固相反應(yīng)法是制備鈦酸鍶粉體的傳統(tǒng)方法,一般是把S內(nèi)(或SrC03)和Ti02的粉末在球磨 機(jī)中混合均勻后,壓片,高溫(1000。C以上)煅燒幾小時(shí)至幾十小時(shí),然后再經(jīng)研磨行到鈦酸鍶粉 末.該法一般需要在較高溫度下進(jìn)行,既浪費(fèi)能源又會出現(xiàn)顆粒融合生長,不利于形成超細(xì)粉體.
此外,還存在下述問題:(a)固相反應(yīng)在粒子界面上進(jìn)行,常出現(xiàn)反應(yīng)不完全和成分不均勻的情況; (b)固相摻雜很難混合均勻一致,尤其是微量摻雜(O.1%~1%)時(shí),不可能達(dá)到完全混合均勻. 3.2溶膠一凝膠(Sol—Gel)法【l副 溶膠一凝膠法是指金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)過溶液一溶膠一凝膠一干燥,再經(jīng)煅燒(或熱處理)而 獲得氧化物的方法.溶膠一凝膠法所用原料包括金屬醇鹽、醋酸鹽、乙酰丙酮鹽、硝酸鹽、氯化物 等;其中金屬醇鹽具有容易用蒸餾和再結(jié)晶技術(shù)提純、可溶于普通有機(jī)溶劑、易水解等特點(diǎn),它 被廣泛用于溶膠~凝膠法制備粉體;
其缺點(diǎn)是金屬醇鹽價(jià)格昂貴,且醇鹽的常用溶劑有毒.目前此 法用于工業(yè)生產(chǎn)的有氧化鋁、氧化鈷等粉末的制各.用溶膠一凝膠法制各鈦酸鍶系電子陶瓷還處于 研究探索階段;其基本工藝過程是,首先以鈦醇鹽與鍶鹽(包括鍶的有機(jī)化合物)為原料,以有機(jī)化 合物為螯合物、醇作為溶劑,來制備均質(zhì)的溶膠,凝膠,經(jīng)干燥后,于9000C煅燒數(shù)小時(shí)便可得 到鈦酸鍶超細(xì)粉末.該方法的關(guān)鍵是制得均質(zhì)的凝膠,凝膠的形成是由于體系中生成了多聚物.鍶 離子因靜電作用均勻的吸附在凝膠主體中。
然而ZnO壓敏電阻是純電阻性元件,雖具有較好的壓敏特 性,但因其介電常數(shù)小、介質(zhì)損耗大、吸收高頻噪聲及對陡峭脈沖浪涌響應(yīng)速度慢,從而限制了 它的開發(fā)應(yīng)用,使儀器、儀表的可靠性的提高受到影響.
1983年以后YalIllaoka等【_7】在還原性氣氛中 完成施主摻雜的納米鈦酸鍶系陶瓷的半導(dǎo)體化后,在其表面涂覆含Na和Na:o的漿料并在氧化性 氣氛中進(jìn)行二次處理,獲得了具有壓敏特性的納米鈦酸鍶系陶瓷晶界層電容器,它不僅具有優(yōu)良 的介電性能和顯著的伏安非線性特性,而且具有吸收1000~3000~cm2這樣較高浪涌的能力,所以 該材料兼有大容量電容器和壓敏電阻器的功能.
在低電壓工作領(lǐng)域,完全可以取代ZnO壓敏電阻 器,而且具有可克服ZnO壓敏電阻不足之處的多種電氣功能.所以人們稱這種壓敏電阻器為 srTi03多功能陶瓷器(MFC).這種新型元件,在低電壓下具有較大電容量的電容器功能(電容量大 于0.Ol心),在電壓高于某個(gè)臨界值之后,具有很強(qiáng)的壓敏電阻器功能(電壓非線性系數(shù)口大于15, 耐浪涌電流可達(dá)到l 800~cm2).
2.5熱敏元件 目前應(yīng)用最多的正溫度系數(shù)(PTC)熱敏元件是(srBa)Ti03系熱敏元件,其PTC效應(yīng)是與鐵電性 直接相關(guān)的,電阻率的突變與居里溫度相對應(yīng).為了滿足不同的用途,要求PTC材料及元件具有 不同的居里溫度:例如彩電消磁器使用時(shí)居里溫度約為50。C,理療設(shè)備的PTC要求居里溫度在 35—60。C高溫發(fā)熱體要求居里溫度在300—400。C.
鈦酸鍶的研究現(xiàn)狀
納米鈦酸鍶作為移峰劑,可降低PTC陶瓷的居 里溫度【8】.另外.(s r’Pb)Ti03系熱敏材料兼具負(fù)溫度系數(shù)(NTc)和正溫度系數(shù)(PTC)特性,在作為 防止浪涌電流元件、過壓自動保護(hù)以及溫度檢測和控制等方面都有廣泛的應(yīng)用前景.州 2.6氧敏材料l州 SrTi0,材料的晶格中存在氧空位,當(dāng)氣氛濃度變化時(shí),氧空位也跟著變化,從而引起材料 電阻的變化,可用作氧敏材料.半導(dǎo)體氧傳感器在燃燒管理、環(huán)境保護(hù)、安全防爆、冶金、食 品工業(yè)和氣體分離等方面已獲得廣泛應(yīng)用.
氧化物半導(dǎo)體氧傳感器因具有氧敏響應(yīng)時(shí)問短、靈 敏度較高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、不需要參比氧電極等優(yōu)點(diǎn),育希望替代濃差電池型半導(dǎo)體氧傳 2.7濕敏材料悼1摻雜一些元素(如Sr,K等)后的納米鈦酸鍶,會吸收周圍氣氛中的水,使電子導(dǎo)電率和介電常數(shù) 提高,從而使電導(dǎo)率增加.因此納米鈦酸鋸材料可作為濕敏材料應(yīng)用于控制電子設(shè)備周圍的濕度. 在以上這些應(yīng)用領(lǐng)域中,都是首先制備超細(xì)鈦酸鍶粉體,然后直接應(yīng)用粉體作為材料,或以 該粉體作為原料進(jìn)一步加工成器件.因此,鈦酸鍶系超細(xì)粉體的制備是鈦酸鍶系功能材料應(yīng)用的 前提,也直接影響材料的性能.
3現(xiàn)有的鈦酸鍶超細(xì)粉制備技術(shù)及其存在的問題 傳統(tǒng)的鈦酸鍶制備方法為高溫固相反應(yīng)法,隨著各相關(guān)行業(yè)的發(fā)展,對粉體性能的要求越來 越高,需要嚴(yán)格控制顆粒的均勻性、純度、粒度和化學(xué)計(jì)量比等.傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備的鈦酸 鍶系粉體己不能滿足上述要求,為此開發(fā)出了許多化學(xué)液相粉體制備方法.
萬方數(shù)據(jù) 過程工程學(xué)報(bào) 3.1高溫固相反應(yīng)法【J高溫固相反應(yīng)法是制備鈦酸鍶粉體的傳統(tǒng)方法,一般是把S內(nèi)(或SrC03)和Ti02的粉末在球磨 機(jī)中混合均勻后,壓片,高溫(1000。C以上)煅燒幾小時(shí)至幾十小時(shí),然后再經(jīng)研磨行到鈦酸鍶粉 末.該法一般需要在較高溫度下進(jìn)行,既浪費(fèi)能源又會出現(xiàn)顆粒融合生長,不利于形成超細(xì)粉體.
此外,還存在下述問題:(a)固相反應(yīng)在粒子界面上進(jìn)行,常出現(xiàn)反應(yīng)不完全和成分不均勻的情況; (b)固相摻雜很難混合均勻一致,尤其是微量摻雜(O.1%~1%)時(shí),不可能達(dá)到完全混合均勻. 3.2溶膠一凝膠(Sol—Gel)法【l副 溶膠一凝膠法是指金屬有機(jī)或無機(jī)化合物經(jīng)過溶液一溶膠一凝膠一干燥,再經(jīng)煅燒(或熱處理)而 獲得氧化物的方法.溶膠一凝膠法所用原料包括金屬醇鹽、醋酸鹽、乙酰丙酮鹽、硝酸鹽、氯化物 等;其中金屬醇鹽具有容易用蒸餾和再結(jié)晶技術(shù)提純、可溶于普通有機(jī)溶劑、易水解等特點(diǎn),它 被廣泛用于溶膠~凝膠法制備粉體;
其缺點(diǎn)是金屬醇鹽價(jià)格昂貴,且醇鹽的常用溶劑有毒.目前此 法用于工業(yè)生產(chǎn)的有氧化鋁、氧化鈷等粉末的制各.用溶膠一凝膠法制各鈦酸鍶系電子陶瓷還處于 研究探索階段;其基本工藝過程是,首先以鈦醇鹽與鍶鹽(包括鍶的有機(jī)化合物)為原料,以有機(jī)化 合物為螯合物、醇作為溶劑,來制備均質(zhì)的溶膠,凝膠,經(jīng)干燥后,于9000C煅燒數(shù)小時(shí)便可得 到鈦酸鍶超細(xì)粉末.該方法的關(guān)鍵是制得均質(zhì)的凝膠,凝膠的形成是由于體系中生成了多聚物.鍶 離子因靜電作用均勻的吸附在凝膠主體中。