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CaCu3Ti4O12的掺杂改性及其热敏性能研究

文献类型:学位论文

作者贾雪梅
答辩日期2019-05-20
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院新疆理化技术研究所
导师张博
关键词NTC热敏电阻 电性能 CaCu3Ti4O12 掺杂
学位名称硕士
学位专业材料物理与化学
英文摘要

类钙钛矿材料CaCu3Ti4O12(CCTO)由于其巨介电常数性能得到广泛的研究。研究表明CCTO陶瓷由半导体晶粒和绝缘晶界组成,这是作为NTC热敏电阻材料的一个必要条件。更重要的是,CCTO含有的氧缺陷可通过低价Ti3+和Cu+离子进行补偿。考虑到它具有半导体的特性,所以认为CCTO材料可用于NTC热敏电阻材料。然而,之前对CCTO的研究主要集中在通过元素掺杂改善其介电和非线性电性能方面。本文通过离子取代的方法对CCTO进行了改性,并研究了其热敏性能及导电机理。主要研究结果如下:(1)通过传统固相法在1000 ℃烧结制备了Ca1-xLaxCu3Ti4O12陶瓷材料,其相结构为体心立方类钙钛矿结构,该材料在100~600 ℃范围内表现出负温度系数特性,且随着La掺杂量的增多,电阻率逐渐降低。电阻率ρ200、材料常数B200/400和Ea值变化范围分别为:2.00×104–1.67×1010 Ω·cm, 6209–11359 K和 0.536–0.980 eV。由于烧结温度较低,晶粒生长不完全孔隙较多,电阻率与B值较大。(2)通过传统固相法在1090 ℃烧结制备了不同保温时间(10 h和15 h)的Ca1-xLaxCu3Ti4O12陶瓷材料。不同保温时间的陶瓷材料均为体心立方类钙钛矿结构,空间群为Im-3,随着La掺杂量的增多,晶格常数增大,这是由于La3+离子半径大于Ca2+半径,导致晶格畸变造成的。保温15 h的样品相对于保温10 h具有更大的晶粒尺寸。当保温时间为10 h时,Ca1-xLaxCu3Ti4O12热敏电阻材料电阻率ρ200 、材料常数B200/400和Ea值变化范围分别为:4.34×102 ~1.43×104 Ωcm, 2644~ 4205 K和0.228~0.363 eV;当保温时间为15 h时,Ca1-xLaxCu3Ti4O12热敏电阻材料电阻率ρ200、B200/400和Ea数值变化范围分别为2.30×102 ~ 3.03×103 Ωcm、 1802~3934 K和0.155~0.339 eV。相比于保温10 h的陶瓷样品,保温15 h的具有更小的电阻率与材料常数B值。不同保温时间陶瓷样品的电阻率均随着La离子掺杂量的增多而降低,这种现象是由于La3+取代Ca2+,降低了极化子跳跃的能垒,从而降低了电阻率和B值。因此可以通过调节La3+的掺杂量以及烧结保温时间来调节陶瓷材料的电性能。(3)通过传统固相法制备了CaCu3Ti4-xMnxO12陶瓷材料,其为体心立方类钙钛矿结构,且Mn离子的掺杂使CaTiO3相析出,且当掺杂量x≥0.6时,陶瓷样品析出CuO相。CaCu3Ti4-xMnxO12陶瓷材料电阻率ρ200、材料常数B200/600及Ea值随着掺杂量x由0增加到1时先增大后减小,变化范围分别为:3.55×103~1.69×106 Ωcm,3570~6889 K、0.308~0.594。当掺杂量x=0.2时,该陶瓷材料具有最大的电阻率与B值,这是由于Mn2+/Mn3+取代部分Ti3+/Ti4+小极化子跳跃需要更多激活能导致的。随着掺杂量继续增多,电阻率逐渐低,且当x=1时,电阻率与B值达到最低,这是由于Mn4+离子浓度相对于Mn2+离子浓度逐渐增大,且CuO的析出导致晶粒电阻减小,从而使电阻率与B值逐渐降低。因此可以通过调节Mn离子的掺杂量来调节CaCu3Ti4-xMnxO12陶瓷材料的电性能。

源URL[http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/6011]  
专题新疆理化技术研究所_材料物理与化学研究室
推荐引用方式
GB/T 7714
贾雪梅. CaCu3Ti4O12的掺杂改性及其热敏性能研究[D]. 中国科学院新疆理化技术研究所. 中国科学院大学. 2019.

入库方式: OAI收割

来源:新疆理化技术研究所

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