柔性热敏电缆材料及元件研究

摘要

以锰为主的尖晶石结构过渡金属复合氧化物具有显著的负温度系数特性(Negative TemPerature Coefficient，简称NTC)，即电阻率随温度升高而降低。由于NTC热敏电阻的灵敏度和稳定性较高，可靠性较好，价格低廉，所以被广泛应用于温度测量与控制、温度补偿和抑制浪涌电流等领域。这类材料的导电机理是声子协同作用的小极化子跳跃模型，电阻率与温度的关系符合Arrhenius方程：ρ=ρ0[Ea/KT]，其中Ea为载流子跳跃激活能。25℃的电阻率ρ25、材料常数(B25/50=Ea/K)和老化系数△R/R是热敏电阻的三个重要电性能参数。
　　 柔性热敏电缆是利用热敏材料的NTC特性来制作的温度监测与报警元件，柔性热敏电缆能产生表征温度的电压信号。电缆包括一对并排的热电极，热电极被包覆在热敏材料之中，当电缆放置在环境温度时，两热电极间将产生表征温度的电压信号。柔性外壳由耐高温的塑料组成，包覆在热电极周围，电缆外壳任一点温度的上升或降低，将导致热敏材料的电阻下降或上升，同时产生表征温度的电压信号。热敏电缆不仅可用来探测环境温度，而且可用来探测其沿线任一点的温度的变化。
　　 本文通过固相烧结法制备出了具有尖晶石结构的Fe-Ni-Mn-O复合材料和热分解硝酸锰溶液的方法制备出了γ-MnO2热敏粉体材料，固相烧结法制备的热敏粉体材料由于附着工艺还存在困难，在制备元件时，暂时未被用来制备柔性热敏电缆，所以本文重点就热分解硝酸锰制备热敏粉体材料和利用塑包工艺制备柔性热敏电缆作了介绍。
　　 本文还对柔性热敏电缆结构和成型工艺作了研究，利用浸渍热分解法附着热敏粉体材料，然后利用塑包工艺制成电缆。同时对柔性热敏电缆的热电特性等技术指标作了测试。
　　 最后还对柔性热敏电缆的评价技术作了研究，对相关的机理也作了讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1柔性热敏电缆材料及元件研究的意义及国内外现状

1.1.1意义

1.1.2国内外现状

1.2开展课题研究的背景

1.3柔性热敏电缆

1.3.1塞贝克效应

1.3.2柔性热敏电缆工作原理

1.3.3柔性热敏电缆测温系统

1.4柔性热敏电缆材料

1.4.1热敏陶瓷材料的温阻特性

1.4.2热敏陶瓷材料的相结构

1.4.3热敏陶瓷材料的半导化

1.4.4热敏陶瓷材料的电导机理

1.5课题研究目的

1.6研究内容

1.7课题研究的难点及解决的方法

1.8课题研究的主要技术指标

2柔性热敏电缆材料及元件的制备

2.1柔性热敏电缆材料的选用和制备

2.1.1材料的选用

2.1.2热敏材料的制备

2.2柔性热敏电缆的制备

2.2.1柔性热敏电缆的制备工艺技术路线

2.2.2柔性热敏电缆结构研究

2.3柔性热敏电缆制备工艺研究

2.3.1热敏材料制备工艺

2.3.2热敏材料附着工艺

2.4柔性热敏电缆的性能评价

2.4.1热电特性

2.4.2精度

2.4.3最小感温长度

2.4.4其它性能研究

2.5冷端形式及密封工艺研究

2.6信号处理研究

3结果与分析

3.1柔性热敏电缆热敏材料及制备工艺

3.1.1固相烧结法制备热敏材料

3.1.2热分解Mn(NO3)2方法制备γ-MnO2

3.2柔性热敏电缆的结构

3.3工艺参数

3.3.1热敏材料制备工艺

3.3.2热敏材料与热电极的附着工艺

3.4柔性热敏电缆性能评价

3.4.1热电性能

3.4.2精度

3.4.3最小感温长度

3.4.4其它性能

3.5柔性热敏电缆的电路模型

4结论

致 谢

参考文献

附录 作者在攻读工程硕士学位期间发表的论文目录