参数宽区可调负温度系数热敏厚膜的制备及基于阻抗谱的电学性能研究

热敏厚膜的制备研究中存在：①膜成分的去铅化；②室温电阻率和热敏常数的宽范围调节；③合理有效的导电机制。为解决①②二个问题，提出以Ba1-xBixFe0.9Sn0.1O3为热敏相，BaCoⅡxCoⅢ2xBi1-3xO3为玻璃相兼导电相，BaSb0.04Sn0.96O3增强型导电相，制备室温电阻率可在10-10E6 Ω.cm、热敏常数2000 -6000 K宽范围内调节的无铅负温度系数热敏厚膜。在导电机制分析方面，预计从厚膜的物相、表面形态、厚膜及厚膜与基板接触成分、元素价态及导电相在厚膜中的渗流机制方面进行分析；用交流阻抗谱分析处于不同温度下厚膜的晶界、晶粒、晶壳、复合熔融体内外、基板接触界面、电极等方面的电学性能；进一步借助扫描隧道显微镜/扫描隧道谱技术分析厚膜晶粒内外、相邻晶粒间、多晶粒间的伏安电学特性，完善阻抗谱分析结果。为建立合理有效的热敏厚膜导电机制奠定实验与理论研究基础。

作为电子工业的关键元器件之一，热敏厚膜一直受到关注，研究高性能无铅、无钌热敏厚膜用于替代当前的铅、钌膜式元器件显得尤为重要。本项目系统地研究了Ba1-xBixFe0.9Sn0.1O3、SrxBa1−xFe0.6Sn0.4O3−ε、BaNbxFexTi1-2xO3、Sr1–xBixFe0.6Sn0.4O3陶瓷和Sr0.6Bi0.4Fe0.6Sn0.4O3–BaCoII0.02CoIII0.04Bi0.94O3、Ba0.7Bi0.3Fe0.9Sn0.1O3-BaCoII0.02CoIII0.04Bi0.94O3、BaFe0.9Sn0.1O3–BaCoII0.02CoIII0.04Bi0.94O3、BaCoII0.02CoIII0.04Bi0.94O3-BaSb0.04Sn0.96O3复合厚膜的物相结构、表面形貌、微区成分、阻温性能和阻抗特征。当室温电阻率处于兆欧时，Ba1-xBixFe0.9Sn0.1O3、Sr1–xBixFe0.6Sn0.4O3热敏陶瓷可获得近7000K的热敏常数；而BaNbxFexTi1-2xO3表现出特殊的高室温电阻率和低热敏常数。BaCoII0.02CoIII0.04Bi0.94O3与Ba0.7Bi0.3Fe0.9Sn0.1O3、Sr0.6Bi0.4Fe0.6Sn0.4O3形成的复合热敏厚膜，室温电阻率为兆欧时，热敏常数高于6000K，改变成分含量可在10 Ω.cm~10 M Ω.cm、2000 K~6000 K范围内调节热敏参数。基于阻抗谱分析，发现热敏陶瓷的电学微区构成为陶瓷表面层、晶界、晶粒，而晶粒又可分为晶壳和晶核两个异质微区，其中对陶瓷电阻率贡献最大的为陶瓷表面层和晶界，晶粒整体贡献较小。对于复合热敏厚膜，阻抗分析发现，当BaCoII0.02CoIII0.04Bi0.94O3含量较高时，室温下复合厚膜电阻由晶界和晶粒构成；对于中低含量复合热敏厚膜，由晶界起主导作用；高温下热敏厚膜均由晶界起主导。在Sr1–xBixFe0.6Sn0.4O3陶瓷体中，晶壳表现为空间电荷电导行为，而晶界、陶瓷表面层和晶核均表现为欧姆电导机制。本项目研究的基于成分参数宽区可调的热敏厚膜，有替代现有工业热敏厚膜的潜力。基于阻抗谱的特色研究，一定程度地揭示了热敏陶瓷与厚膜的内部电学微区构成和电阻来源机制，为进一步的深入研究提供了理论基础。