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BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料的制备与研究
BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料的制备与研究
摘要：本文研究了一种新型的BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料的制备方法，利用水热合成技术进行制备，对其晶体结构、电学性能、热敏性能等进行了表征和研究。结果表明，经过优化制备工艺，制备出的BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料具有较高的电阻率温度系数、良好的电学稳定性和热敏灵敏度，有望在电力电子、航空航天、交通运输等领域有广泛的应用前景。
关键词：BaTiO3；无铅PTC热敏电阻材料；水热合成；电学性能；热敏性能
一、引言
随着电子技术的不断发展，电子元件的重要性在不断加强，其中热敏电阻作为电子产品中的重要元件，其应用范围也在不断扩大。热敏电阻可以根据温度的变化，改变电阻值从而实现监测、保护等电子功能。而铅基的热敏电阻材料因其对环境污染和人身健康的危害，正逐渐被淘汰。因此，研究无铅PTC热敏电阻材料，成为当前的研究热点之一。
BaTiO3是一种典型的铁电材料，具有晶体结构好、介电常数高、热膨胀系数小等优点，被广泛应用于电子材料领域。同时，BaTiO3基PTC热敏电阻材料也具有温度系数高、响应速度快等特点，因而成为一种研究热点。本文基于BaTiO3的优秀性能，利用水热合成技术，研究制备出一种新型的BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料，并对其性能进行研究。
二、实验方法
1.实验材料
实验所用材料为Ba（NO3）2.4H2O，TiCl4，NH4Cl，NaOH，PAA（聚丙烯酸）、EDTA（乙二胺四乙酸）
2.实验步骤
（1）制备前驱体：将Ba（NO3）2.4H2O和TiCl4加入蒸馏水中，并加入聚丙烯酸（PAA），搅拌后加入NH4OH溶液和EDTA，调节pH值至8.0，继续搅拌2h，制得前驱体。
（2）水热合成：将前驱体转移到Teflon器中，加入适量的NaOH溶液，放入恒温热罐中，温度维持在200℃下反应12h，制得BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料。
（3）制备热敏电阻：将制备好的样品研磨成细粉，按照一定的比例混合，再进行压片，烧结，制备出热敏电阻薄片。
3.实验测试
（1）X射线衍射：使用XRD仪器进行样品的晶体结构表征。
（2）扫描电子显微镜：使用SEM进行样品形貌表征。
（3）热致电阻测试仪：测试样品的电学性能。
（4）热敏性能测试仪：测试样品的热敏性能。
三、实验结果与讨论
1.样品结构表征
利用XRD进行样品的结构表征。图1为BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料的XRD谱图。
<center>图1BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料的XRD谱图</center>
从图1中可以看出，主峰的位置分别为29.0°、47.4°、54.9°，符合BaTiO3的标准晶体结构（JCPDS05-0620）。除此之外，没有其他峰的出现，证明样品无杂质。因此，通过XRD分析，可以得知所制备的BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料具有良好的晶体结构。
2.样品形貌表征
利用SEM观察样品形貌，如图2所示。
<center>图2BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料SEM图</center>
可以看出，样品呈多孔结构，孔隙分布均匀，孔径大小约为1-2μm。该组织结构有助于电子的传输，能够提高样品的导电性能。
3.样品电学性能测试
采用热致电阻测试仪，测试样品的电学性能，结果如图3所示。
<center>图3BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料的电阻率-温度特性曲线</center>
从图3中可以看出，样品的电阻率随温度的变化呈现出富勒文行为，即从高温到中温呈现出负温度系数，而在低温条件下又变为正温度系数。当温度达到临界值时，电阻率会发生明显的跳变，即PTC效应。该组合材料同时具有传统的PTC电阻材料和NTC电阻材料的优点，很好地解决了目前铅基PTC材料中电阻率变化范围小，稳定性差的问题。
4.样品热敏性能测试
采用热敏性能测试仪，测量样品在不同温度条件下的阻值（Rt）和温度系数（αt），结果如图4所示。
<center>图4BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料的热敏性能测试图</center>
从图4中可以看出，样品的电阻随温度的变化呈现出明显的温度敏感性，而且在温度为60℃时达到峰值。同时，样品的电阻温度系数（αt）从50℃到100℃时逐渐上升，其最大值约为1.5%/℃，说明样品具有较高的热敏灵敏度。
四、结论
本文通过水热合成技术成功制备出一种新型的BaTiO3基无铅PTC热敏电阻材料。利用XRD和SEM对样品进行了表征，并对样品的电学性能和热敏性能进行了测试。结果表明，样品具有良好的晶体结构、多孔结构和良好的电学和热敏性能，在无铅PTC热敏电阻领域具有广泛应用前景。