一种负温度系数热敏电阻材料Sr8Ti7S

一种负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备方法
技术领域
1.本发明属于新型电子功能材料制备方法领域，具体涉及一种负温度系数热敏电阻sr8ti7s
21
的制备方法。


背景技术：

2.负温度系数热敏电阻是一种特殊的电子功能材料，其特点在于其电阻率随着温度呈现指数性下降。负温度系数热敏电阻的应用领域包括：温度测量，温度补偿和调控，抗浪涌电流等。
3.负温度系数热敏电阻主要包括尖晶石结构和钙钛矿型结构材料。随着应用场景的多样化，对于负温度系数热敏电阻材料的要求也日趋复杂化和多元化，现有的氧化物负温度系数热敏电阻材料存在电阻过高和烧结困难等问题，例如中国发明专利cn112830770中提到氧化物热敏电阻的电阻大于10000ω
·
cm，研磨时间大于4小时，烧结时间大于8小时。上述现状促使研究人员探索低电阻、高稳定性、更灵敏的新型负温度系数热敏电阻材料。
4.相比于金属-氧化学键，金属-硫化学键具有更强的共价性，且化合物中组成价带顶的硫3p轨道比氧2p轨道更高。上述特点，使硫化物中更容易形成窄禁带化合物，其能带结构更有利于导电。此外，基于独特的钙钛矿结构，研究人员预期硫化物钙钛矿材料具有优良的载流子输运性能、较高的稳定性以及更好的可烧结加工特性，有望成为优良的负温度系数热敏电阻材料。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的为：针对传统负温度系数热敏电阻材料存在电阻过高和烧结困难等问题，提出一种负温度系数热敏电阻sr8ti7s
21
高效快捷的制备方法，所制备的sr8ti7s
21
材料展现出了负温度系数、较低的电阻率、良好的稳定性等优点。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
7.步骤s1，以srtio3为原材料，进行硫化反应，获得sr8ti7s
21
粉体；
8.步骤s2，将步骤s1中所获得的sr8ti7s
21
粉体进行热压，获得sr8ti7s
21
素胚；
9.步骤s3，将步骤s2中获得的sr8ti7s
21
素胚进行高温烧结，获得负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
10.所述步骤s1中，sr8ti7s
21
粉体制备的具体步骤为：
11.步骤s1-1，称量一定量的srtio3原材料粉末，将srtio3原材料粉末放入石英舟中，将载有srtio3原材料粉末的石英舟放置于管式炉中；
12.步骤s1-2，为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；
13.步骤s1-3，向上述管式炉通入硫化气体，此处的硫化气体可以为cs2或者h2s；
14.步骤s1-4，调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温到1000℃，保持1h，完成硫化反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出粉末，即为sr8ti7s
21
粉体。
15.所述步骤s2中，sr8ti7s
21
素胚的热压过程为：
16.步骤s2-1，称量一定量的sr8ti7s
21
粉体，放入石墨模具中；
17.步骤s2-2，将上述石墨模具放入压片机中，对模具施加压力，使压强达到50mpa；
18.步骤s2-3，使用高频热压机，对石墨模具进行快速升温，升温至400℃，保温2min，然后降温至室温，对石墨模具进行退模，即可获得sr8ti7s
21
素胚。
19.所述步骤s3中，负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的高温烧结步骤为：
20.步骤s3-1，将步骤s2中获得的sr8ti7s
21
素胚放入管式炉中；
21.步骤s3-2，为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；
22.步骤s3-3，向上述管式炉通入cs2气体，形成还原性保护气体氛围，避免sr8ti7s
21
素胚在高温烧结过程中发生氧化；
23.步骤s3-4，调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温至所设定的烧结温度，保持1h，完成高温烧结，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出热敏电阻sr8ti7s
21
。
24.基于上述制备方法，可制备出负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
25.本发明的技术原理在于：充分利用了硫化物钙钛矿sr8ti7s
21
良好的载流子输运性能，实现了较低的电阻；得益于硫化物钙钛矿sr8ti7s
21
良好的可加工特性，可以使用“热压素胚-高温烧结”的方式，缩短烧结时间低至1h，实现负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
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的制备。
26.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
27.使用商用的、容易获得的、价格低廉的原材料srtio3和cs2、h2s等，实现了sr8ti7s
21
粉体的制备；基于sr8ti7s
21
粉体，采用了热压手段，获取了sr8ti7s
21
素胚；基于sr8ti7s
21
素胚，在还原性气氛保护的状态下，进行烧结，获得了具有良好性能的sr8ti7s
21
热敏电阻材料。相比于传统制备的负温度系数材料，本发明的技术方案简单、快捷、高效，能够兼容现有的工艺，便于批量化生产。所制备出的sr8ti7s
21
热敏电阻材料，在30-150℃范围内具有明显的负温度系数，性能稳定，一致性好，可应用于温度传感器等领域。
附图说明
28.此处所说明的附图用来公开对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
29.图1为本发明中sr8ti7s
21
热敏电阻材料制备流程图；
30.图2为本发明实施例1制备出来的sr8ti7s
21
热敏电阻的x射线衍射图(图2a)、x射线能量色散谱图(图2b)、x射线光电子能谱图(图2c)，以及sr8ti7s
21
热敏电阻材料的电阻-温度特性曲线(图2d)；
31.图3为本发明实施例2制备出来的sr8ti7s
21
热敏电阻材料的电阻-温度特性曲线；
32.图4为本发明实施例3制备出来的sr8ti7s
21
热敏电阻材料的电阻-温度特性曲线；
33.图5为本发明实施例4制备出来的sr8ti7s
21
热敏电阻材料的电阻-温度特性曲线；
34.图6为本发明实施例5制备出来的sr8ti7s
21
热敏电阻材料的电阻-温度特性曲线。
具体实施方式
35.本发明的主要目的在于提供一种负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
36.实施例1
37.步骤s1，sr8ti7s
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粉体制备：称量一定量的srtio3原材料粉末，将srtio3原材料粉末放入石英舟中，将载有srtio3原材料粉末的石英舟放置于管式炉中；为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；向上述管式炉通入硫化气体，此处的硫化气体为cs2；调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温到1000℃，保持1h，完成硫化反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出粉末，即为sr8ti7s
21
粉体。
38.步骤s2，sr8ti7s
21
素胚制备：称量一定量的sr8ti7s
21
粉体，放入石墨模具中；将上述石墨模具放入压片机中，对模具施加压力，使压强达到50mpa；使用高频热压机，对石墨模具进行快速升温，升温至400℃，保温2min，然后降温至室温，对石墨模具进行退模，即可获得sr8ti7s
21
素胚；
39.步骤s3，热敏电阻sr8ti7s
21
制备：将步骤s2中获得的sr8ti7s
21
素胚放入管式炉中；为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；向上述管式炉通入cs2气体，形成还原性保护气体氛围，避免sr8ti7s
21
素胚在高温烧结过程中发生氧化；调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温至所设定的烧结温度1100℃，保持1h，完成高温烧结反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
40.上述制备方法，可制备负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
41.如图1所示，描述了热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备流程和实验方案。
42.如图2a所示，热敏电阻材料sr8ti7s
21
的x射线衍射图谱和标准卡片匹配良好(来源：icdd数据库，卡片编号：04-019-3107)，证明上述实验方案能够获取纯相的sr8ti7s
21
；如图2b所示，热敏电阻材料sr8ti7s
21
的x射线能量色散谱图显示其含有sr、ti、s等符合预期的元素；同理，如图2c所示，热敏电阻材料sr8ti7s
21
的x射线光电子能谱图也同样支持其含有sr、ti、s等符合预期的元素；如图2d所示，热敏电阻材料sr8ti7s
21
的ln(ρ)～1000/t表现出良好的线性关系，能够实现准确的温度-电阻传感功能。其室温电阻为0.8ω
·
cm。
43.实施例2
44.步骤s1，sr8ti7s
21
粉体制备：称量一定量的srtio3原材料粉末，将srtio3原材料粉末放入石英舟中，将载有srtio3原材料粉末的石英舟放置于管式炉中；为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；向上述管式炉通入硫化气体，此处的硫化气体为cs2；调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温到1000℃，保持1h，完成硫化反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出粉末，即为sr8ti7s
21
粉体。
45.步骤s2，sr8ti7s
21
素胚制备：称量一定量的sr8ti7s
21
粉体，放入石墨模具中；将上述石墨模具放入压片机中，对模具施加压力，使压强达到50mpa；使用高频热压机，对石墨模具进行快速升温，升温至400℃，保温2min，然后降温至室温，对石墨模具进行退模，即可获得
sr8ti7s
21
素胚；
46.步骤s3，热敏电阻sr8ti7s
21
制备：将步骤s2中获得的sr8ti7s
21
素胚放入管式炉中；为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；向上述管式炉通入cs2气体，形成还原性保护气体氛围，避免sr8ti7s
21
素胚在高温烧结过程中发生氧化；调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温至所设定的烧结温度1000℃，保持1h，完成高温烧结反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
47.上述制备方法，可制备负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
48.如图3所示，热敏电阻材料sr8ti7s
21
的ln(ρ)～1000/t表现出良好的线性关系，能够实现准确的温度-电阻传感功能。其室温电阻为2.8ω
·
cm。
49.实施例3
50.步骤s1，sr8ti7s
21
粉体制备：称量一定量的srtio3原材料粉末，将srtio3原材料粉末放入石英舟中，将载有srtio3原材料粉末的石英舟放置于管式炉中；为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；向上述管式炉通入硫化气体，此处的硫化气体为cs2；调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温到1000℃，保持1h，完成硫化反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出粉末，即为sr8ti7s
21
粉体。
51.步骤s2，sr8ti7s
21
素胚制备：称量一定量的sr8ti7s
21
粉体，放入石墨模具中；将上述石墨模具放入压片机中，对模具施加压力，使压强达到50mpa；使用高频热压机，对石墨模具进行快速升温，升温至400℃，保温2min，然后降温至室温，对石墨模具进行退模，即可获得sr8ti7s
21
素胚；
52.步骤s3，热敏电阻sr8ti7s
21
制备：将步骤s2中获得的sr8ti7s
21
素胚放入管式炉中；为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；向上述管式炉通入cs2气体，形成还原性保护气体氛围，避免sr8ti7s
21
素胚在高温烧结过程中发生氧化；调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温至所设定的烧结温度900℃，保持1h，完成高温烧结反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
53.上述制备方法，可制备负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
54.如图4所示，热敏电阻材料sr8ti7s
21
的ln(ρ)～1000/t表现出良好的线性关系，能够实现准确的温度-电阻传感功能。其室温电阻为7.3ω
·
cm。
55.实施例4
56.步骤s1，sr8ti7s
21
粉体制备：称量一定量的srtio3原材料粉末，将srtio3原材料粉末放入石英舟中，将载有srtio3原材料粉末的石英舟放置于管式炉中；为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；向上述管式炉通入硫化气体，此处的硫化气体为cs2；调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温到1000℃，保持1h，完成硫化反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出粉末，即为sr8ti7s
21
粉体。
57.步骤s2，sr8ti7s
21
素胚制备：称量一定量的sr8ti7s
21
粉体，放入石墨模具中；将上述石墨模具放入压片机中，对模具施加压力，使压强达到50mpa；使用高频热压机，对石墨模具
进行快速升温，升温至400℃，保温2min，然后降温至室温，对石墨模具进行退模，即可获得sr8ti7s
21
素胚；
58.步骤s3，热敏电阻sr8ti7s
21
制备：将步骤s2中获得的sr8ti7s
21
素胚放入管式炉中；为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；向上述管式炉通入cs2气体，形成还原性保护气体氛围，避免sr8ti7s
21
素胚在高温烧结过程中发生氧化；调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温至所设定的烧结温度800℃，保持1h，完成高温烧结反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
59.上述制备方法，可制备负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
60.如图5所示，热敏电阻材料sr8ti7s
21
的ln(ρ)～1000/t表现出良好的线性关系，能够实现准确的温度-电阻传感功能。其室温电阻为15.9ω
·
cm。
61.实施例5
62.步骤s1，sr8ti7s
21
粉体制备：称量一定量的srtio3原材料粉末，将srtio3原材料粉末放入石英舟中，将载有srtio3原材料粉末的石英舟放置于管式炉中；为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；向上述管式炉通入硫化气体，此处的硫化气体为h2s；调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温到1000℃，保持1h，完成硫化反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出粉末，即为sr8ti7s
21
粉体。
63.步骤s2，sr8ti7s
21
素胚制备：称量一定量的sr8ti7s
21
粉体，放入石墨模具中；将上述石墨模具放入压片机中，对模具施加压力，使压强达到50mpa；使用高频热压机，对石墨模具进行快速升温，升温至400℃，保温2min，然后降温至室温，对石墨模具进行退模，即可获得sr8ti7s
21
素胚；
64.步骤s3，热敏电阻sr8ti7s
21
制备：将步骤s2中获得的sr8ti7s
21
素胚放入管式炉中；为避免空气中其他杂质的影响，将管式炉进行抽真空处理，使本底真空低于0.1pa；向上述管式炉通入cs2气体，形成还原性保护气体氛围，避免sr8ti7s
21
素胚在高温烧结过程中发生氧化；调整上述管式炉内的气压为30pa，将管式炉升温至所设定的烧结温度1100℃，保持1h，完成高温烧结反应，然后降低管式炉温度至室温，打开管式炉，取出热敏电阻sr8ti7s
21
。
65.上述制备方法，可制备负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
。
66.如图6所示，热敏电阻材料sr8ti7s
21
的ln(ρ)～1000/t表现出良好的线性关系，能够实现准确的温度-电阻传感功能。其室温电阻为0.7ω
·
cm。
67.综上，实施例1-5得到的任意一种负温度系数热敏电阻材料均表现出良好的电阻-温度关联性能，能够实现准确的温度-电阻传感功能，证明了本技术方案的合理性。
68.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，以srtio3为原材料，进行硫化反应，获得sr8ti7s
21
粉体；步骤s2，将步骤s1中所获得的sr8ti7s
21
粉体进行热压，获得sr8ti7s
21
素胚；步骤s3，将步骤s2中获得的sr8ti7s
21
素胚进行高温烧结，获得负温度系数热敏电阻sr8ti7s
21
。2.根据权利要求1所述的负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中硫化反应，在管式炉中进行，将管式炉抽真空后通入硫化气体，调整炉内气压，升温至反应温度后，进行硫化反应。3.根据权利要求2所述的负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备方法，其特征在于，所述的硫化气体为cs2或h2s。4.根据权利要求2所述的负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备方法，其特征在于，所述的管式炉在反应前抽真空，使本底真空低至0.1pa，通入硫化气体后，炉内气压为30pa，反应温度为1000℃，进行硫化反应，获得sr8ti7s
21
粉体。5.根据权利要求1所述的负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中热压过程，在高频热压机中进行，开始施加一定压强，然后逐渐升温，并进行保温，保温一定时间后，冷却至室温，即获得sr8ti7s
21
素胚。6.根据权利要求5所述的负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中热压过程，施加压强为50mpa，升温至400℃，保温时间为2min。7.根据权利要求1所述的负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中高温烧结过程为：将步骤s2中获得的sr8ti7s
21
素胚，置于管式炉中，所述的管式炉在反应前抽真空，使本底真空低至0.1pa，并通入cs2气体进行保护，调整炉内气压，升温至烧结温度后，保温一定时间，进行高温烧结，获得负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
。8.根据权利要求7所述的负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
的制备方法，其特征在于，调整炉内气压至30pa，升温至烧结温度为800-1100℃，保温1h，进行高温烧结，获得负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
。9.一种负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
，其特征在于，所述负温度系数热敏电阻材料sr8ti7s
21
采用上述权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

技术总结
本发明公开了一种负温度系数热敏电阻材料Sr8Ti7S


技术研发人员：韩炎兵 史志锋 李梦瑶 张晶露 赵雪珂 毛子慧
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/8/28