NTC热敏电阻电极材料研究

NTC热敏电阻电极材料研究 ?1? 锂离子电池新型正极材料LiFePO的发展现状 4 NTC热敏电阻电极材料研究 丁爱红 妥万禄 常爱民 王 伟 马继才 中国科学院新疆理化技术研究所，乌鲁木齐市 830011 1 引 言 我们知道热敏电阻器是一种敏感元件,敏感元件的基本结构是,敏感基体材料,电子陶瓷,、电极、电极外引线,部分型号的元件不需要外引线,如片式元件,、密封保护层。它的最大特点是电阻值随温度的变化而显著变化,因而能够通过其电阻值的变化感知周围环境温度的变化。显然,如果只有电子陶瓷制作的基片,而无法将陶瓷基片随温度变化的而引起的电学量的变化转换成便于测试的量时,那么这种基片将无法使用。热敏电阻器是用在传感电路中电子元件,只有为基片加上电极,才能正常地用在电路中,通过热敏电阻器阻值的变化测量环境温度的变化。可见,在热敏电阻器中,电极起着极为重要的作用。 电子器件对电极的共同要求是具有良好的导电性能、欧姆接触性能、易焊接性能、附着牢固性、耐环境性,包括耐腐蚀、耐氧化等,、易操作性、成本低。 电子陶瓷电极制作的方法有浆料法、化学法和电化学法。比如用银浆、银钯浆制备电子陶瓷电极,用镍酸盐为基片镀镍,作为电子陶瓷的电极,电化学法因为工艺相对复杂,很少采用。 2 国内外NTC热敏电阻电极的研究现状 目前,制备NTC热敏电阻电极的材料多为贵金属材料如Ag、Ag-Pa、Au、Pt等(工作温度很高,如1000ºC左右可考虑采用铂浆),在制备NTC热敏电阻的电极时,国内的生产厂家普遍采用银浆制备电极,有时也用Ag-Pa浆,国外有些公司的产品使用金浆作为电极材料,见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。 3 目前电极材料存在的主要问题 银浆作为国内外NTC热敏电阻的生产厂家普遍采用的电极材料,它的最大缺陷就是银离子容易在基体材料中迁移,对基体元件的性能产生影响,并且不是所有的材料都适用银浆来作电极,有的材料用银浆也会产生附着强度不好、容易脱落的现象,而且银也属贵金属、生产成本高。最近有资料,如表2,显示在PTC热敏电阻和压电陶瓷电极制备方面,已经有人使用铝浆和镍浆,而NTC热敏电阻电极的制备依然是所有的材料、配方都采用Ag浆或Ag-Pa浆。 表1 日本、德国、美国、南韩以及我国大陆NTC热敏电阻电极研究现状 日本 美国 德国 南韩 中国大陆 电极材料 银电极、金属铂丝 银电极 银电极 Au-Ti电极 Ag-Pd电极 Ag、Ag-Pd、Pd、Pt浆 生产工艺 机器人、自动化 自动印制 自动印制 溅 射 法 自动印制 手工涂敷/丝网印刷 表2 PTC/NTC热敏电阻电极材料应用情况对比 化学镀镍或 In-Ga电极 Ag-Zn电极 Al电极 真空蒸镀与真空溅射镍-银电极 Ag电极 铜电极 PTC 已使用 已使用 已使用 已使用 已使用 已使用 已使用(手工涂敷/丝网印NTC 未使用 未使用 未使用 未使用 未使用 刷) In-Ga电极、Ag-Zn电极、铝电极、真空蒸镀与真空溅射电极以及化学镀镍或铜电极在PTC热敏电阻电极上的应用已相对成熟,而在NTC热敏电阻电极上的应用还有待研究。 ?2? 锂离子电池新型正极材料LiFePO的发展现状 4 4 本课题组在NTC热敏电阻电极方面的研究进展 目前已经发现用银浆来制备电极存在有几个缺陷,?对某些陶瓷材料,银电极层的附着强度不好、易 脱落,器件的废品率较高,?银离子迁移将可能影响热敏电阻性能的长期稳定性,难以制造高稳定性的热 敏电阻元件,?虽然银的价格没有金、铂高,但银也在贵金属材料之列,生产成本还是比较高。 针对以上问题,我们课题组对Co-Mn, Mn-Ni、Co-Mn-Ni、Co-Ni-Cu、Co-Ni-Fe、Mn-Ni-Cu、Mn-Ni-Fe、 Co-Mn-Ni-Cu、Co-Mn-Ni-Fe、Co-Mn-Cu-Fe、Co-Ni-Cu-Fe、Mn-Ni-Cu-Fe、Co-Mn-Ni-Cu-Fe等十几种 NTC热敏电阻的电极制备展开了研究。研究采用浆料法制备NTC热敏电阻的电极,以Ag、Ag-Pa、Ni浆 为主。研究电极浆料的组分、各组分的作用,与基体材料的作用及电极的形成机制。 在电极制备成样品后,对样品电极的性能进行以下各种试验和测试, ?附着强度试验, ?电学特性试验,如电导率、电接触特性,欧姆性,, 温度老化特性试验,在较高温度环境下,电极老化特性及对元件特性的影响,? ?电极接触的显微观察分析, ?分析银浆、镍浆的浆料成分,确定浆料的具体成分及其各组分的作用, ?用SEM扫描、测定，,:热敏电阻陶瓷基片的表面粗糙度、材料的粒度以及形貌, ?通过XRD测试分析电极的导电功能相以及NTC热敏电阻陶瓷基片的结构, ?测定、分析电极结构、电导率、导电类型、颗粒、形貌。 5 小结及展望 针对NTC热敏电阻电极材料及制备技术进行研究是很有必要的。它将有利于改变目前NTC热敏电阻 电极制备方法单一、某些材料的银电极不可靠以及材料成本高的状况。NTC热敏电阻电极材料及制备技术 的发展方向主要有两个,第一,电极材料的贱金属化。电极材料的贱金属化不仅有利于降低元件的生产成 本,而且能够促进NTC热敏电阻的规模化生产,而规模化生产有始终离不开生产工艺的自动化,第二,生 产工艺的自动化。现在不仅是日本、美国的生产厂家选用自动化生产工艺,韩国和我国台湾也已采用自动 化生产设备生产NTC热敏电阻,我国部分生产单位也已不同程度地采用了自动化生产工艺流程以提高产品 的质量和生产效率。 随着社会工业化步伐的不断加快,工业生产对NTC热敏电阻的需求将会越来越大,NTC热敏电阻的 大规模生产已成为必然。NTC热敏电阻电极材料的贱金属化以及生产工艺的自动化正是顺应这种趋势,加 快NTC热敏电阻的规模化生产的进程。 参考文献 〔1〕 H. Altenburg, O. Mroozb, J. Plewaa, O. Shpotyuk, M. Vakiv; Semiconductor ceramics for NTC thermistors: the reliability aspects; Journal of the European Ceramics Society 21 (2001) 1787-179, 〔2〕 Moonho Lee, Mina Yoo, Detectivity of thin-film thermal sensor; Sensors and Actuators A 96 (2002) 97-104 〔3〕 R. Aidam, R. Schneider*; Growth and characterization of Pb(Zr,Ti)O3 thin films and ferroelectric polarization charging of YBa2Cu3O7 thin films; Thin solid Films 384 (2001) 1-14 〔4〕 Elisabetta Di Bartolomeo, Enrico Traversa, Manuela Baroncini, Vega Kotzeva, R. Vasant Kumar; Solid state ceramic gas sensors based on interfacing ionic conductors with semiconducting oxides; Journal of the European Ceramics Society 20 (2000) 2691-2699 〔5〕 In-Ho Im, Hoy-Seung Chung, Dong-Soo Paik, Chang-Yub Park, Jong-Joo Park, Seon-Gi Bae; Multilayer piezoelectric actuator with AgPd internal electrode; Journal of the European Ceramic Society 20 (2000) 1011-1015 ?3? 锂离子电池新型正极材料LiFePO的发展现状 4