[發明專利]一種超寬溫區核殼結構復合負溫度系數熱敏材料及制備方法

在審

• 申請號: 202210257517.3
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114436334A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 張惠敏;謝俊濤;常愛民
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所
• 主分類號: C01G45/00
• 分類號: C01G45/00;C01G23/00;H01C7/04
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所(普通合伙) 65106
• 代理人: 張莉

本發明涉及一種超寬溫區核殼結構復合負溫度系數熱敏材料及制備方法，采用溶膠?凝膠法分別制備La?Mn?O基核材料及Ba?Sr?Ti?O基殼材料，結合超聲輔助法將Ba?Sr?Ti?O基溶膠包覆在La?Mn?O基核材料表面形成核殼結構復合材料體系。該核殼結構熱敏材料可以通過調節包覆量，在超寬溫區內調控熱敏材料的電阻率、材料常數和溫區。本發明通過調控La?Mn?O及Ba?Sr?Ti?O及材料包覆量，實現了從?250℃至1000℃的超寬溫區應用；該材料體系不僅實現了超低溫區的測溫，還可拓展到高溫區，對于開發新型核殼包覆結構的負溫度系數熱敏材料體系及其拓展材料測試溫區、應用領域具有重要指導意義。

技術領域

本發明涉及一種超寬溫區核殼結構復合負溫度系數熱敏材料及制備方法。通過調控包覆量實現了從-250℃至1000℃的超寬溫區溫度測試，實現了高、中、低溫區的全覆蓋。其在高溫區可應用于汽車電子和家用電器等領域；在中溫區適用于溫度測量、溫度控制和電子元件保護等領域；在低溫區適用于航空航天、天文探測等領域。

背景技術

隨著科學技術的快速發展，低溫技術受到了越來越多的關注，大型科學設施PandaX暗物質探測器的探測介質液氙提純工作溫度為178K。下一代超導量子計算也亟需與極低溫技術的深度融合。對于紅外遙感儀器，只有通過低溫制冷對電子能級躍遷抑制，才能實現高靈敏度探測。大科學裝備、量子通信、深空探測等方面對低溫測控有著巨大需求。在軍事及天文觀測等方面，對低溫測控也有著巨大需求。目前低溫傳感器種類眾多，主要分為二極管，負溫度系數(NTC)，熱電偶。負溫度系數熱敏電阻憑借其靈敏度高、互換性好、響應快、可靠性高、體積小且價格低廉的優點成為設計新型低溫測溫傳感器的主流。而面對在低溫傳感器方面核心技術被卡脖子受制于人的局面，也迫使我們去設計一種新型低溫測溫傳感器。特別是當前低溫測溫傳感器存在著測溫區間較窄的問題，因此研究一種包含低溫區的超寬溫區NTC熱敏材料變得十分重要。

核殼結構復合陶瓷具有可拓寬測、控溫區；實現不同材料性能互補；提高材料穩定性優化復合材料性能等優點。熱敏陶瓷與核殼結構的結合，可以通過材料的不同相結構及復合度的控制，即可實現不同阻值和B值的特性調控，可滿足不同溫區的測、控溫需求。而且可以通過核殼結構包覆量的調控，來調控溫區范圍，從而可以實現超寬溫區NTC的制備。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種超寬溫區核殼結構復合負溫度系數熱敏材料及制備方法，采用溶膠-凝膠法分別制備La-Mn-O基核材料及Ba-Sr-Ti-O基殼材料，結合超聲輔助法將Ba-Sr-Ti-O基溶膠包覆在La-Mn-O基核材料表面形成核殼結構復合材料體系。該核殼結構熱敏材料可以通過調節包覆量，在超寬溫區內調控熱敏材料的電阻率、材料常數和溫區。本發明通過調控La-Mn-O及Ba-Sr-Ti-O及材料包覆量，實現了從-250℃至1000℃的超寬溫區應用；該材料體系不僅實現了超低溫區的測溫，還可拓展到高溫區，對于開發新型核殼包覆結構的負溫度系數熱敏材料體系及其拓展材料測試溫區、應用領域具有重要指導意義。

本發明所述的一種超寬溫區核殼結構復合負溫度系數熱敏材料，按下列步驟進行：

a、按照摩爾比0.05-1.0:0.05-1.0稱取分析純的乙酸鑭和乙酸錳，溶于去離子水中，配制成0.05-5mol/L的離子混合溶液；

b、稱取檸檬酸作為絡合劑加入步驟a的混合溶液中，其中檸檬酸:乙酸鑭和乙酸錳摩爾比＝0.5-3.0:1.0-6.0；

c、將步驟b得到的混合溶液在溫度60-100℃攪拌2-5h至形成La-Mn-O基溶膠，再將溶膠放入鼓風干燥箱中溫度150-250℃恒溫干燥20-40h得到干凝膠，并將干凝膠研磨2-4h，得到粉末；

d、將步驟c中得到的粉末置于鐘罩爐中于溫度550-950℃熱分解4-6h進行預燒，取出研磨2-4h，得La-Mn-O基粉體，備用；