基于La1-xSrxCrO3/MgAl2O4的层式复合热敏传感器构筑及高温电性能研究

It has become a significant topic that high-temperature thermistor sensor is prepared by compositing two different crystal structures of materials in the research field of thermistor sensors. However, there are interdiffusion and ion migration when the thermistor sensor prepared by mechanical mixing is aged at high temperatures, thus resulting in poor high-temperature stability of thermistor sensor..This proposal selects La1-xSrxCrO3 layer and MgAl2O4 layer to construct La1-xSrxCrO3/MgAl2O4 bilayer high-temperature thermistor sensors, focuses on the relationship between composition, structure and high temperature electrical properties of thermistor sensor. To revel the relationship between composition, structure and electrical properties through investigating the effects of the ratio of two layer, sintering methods (conventional sintering and vacuum hot-pressing sintering) on the microstructure and electrical properties. To probe into the mechanism of high-temperature stability of thermistor sensor through comparing aging properties of thermistor sensor under different aging atmosphere (air、vacuum). To revel the conductivity mechanism of interface of thermistor sensor through investigating the electrical properties and analyzing chemical state of interface elements..The achievements of this project have great significance in the preparation of high-temperature thermistor sensors and their application in the field of thermistor sensors.

通过两种晶体结构材料复合来制备高温热敏传感器已成为热敏传感器研究领域新的热点。然而，两相材料机械混合研磨制备的热敏传感器高温老化过程中存在相扩散及离子迁移现象，进而导致热敏传感器高温稳定性较差。.本项目拟以La1-xSrxCrO3和MgAl2O4来构筑La1-xSrxCrO3/MgAl2O4双层结构高温热敏传感器，系统对热敏传感器组分、结构及高温电性能之间关系进行研究。通过研究双层比例、两种烧结方式（常规烧结和真空热压烧结）对热敏传感器微观结构及电性能的影响规律，揭示热敏传感器组成、结构与电性能调控间的关系；比较研究热敏传感器在不同气氛（空气、真空）中高温老化性能，探讨热敏传感器高温稳定性机理；研究双层结构热敏传感器的电性能，分析热敏传感器界面元素化学态，揭示热敏传感器界面电导机理。.项目的研究成果对高温热敏传感器的制备及其在热敏传感器领域的应用具有重要意义。

本项目拟以La1-xSrxCrO3材料为敏感层、La1-xSrxCrO3和MgAl2O4混合的复合材料为支撑层来构筑双层结构高温热敏传感器，系统对热敏传感器组分、结构及高温电性能之间关系进行研究。通过研究支撑层中两相材料复合度、敏感层与支撑层比例对热敏传感器微观结构及电性能的影响规律，揭示热敏传感器组成、结构与电性能调控间的关系；比较研究热敏传感器在不同气氛（空气、真空）中高温老化性能，探讨热敏传感器高温稳定性机理；研究双层结构热敏传感器的电性能，分析热敏传感器界面元素化学态，揭示热敏传感器界面层电导机理。.制备了La1-xSrxCrO3和MgAl2O4、xLaMnO3和(1-x)Y2O3复合材料MgAl2O4 / LaCrO3、0.7LaMnO3-0.3Y2O3/Y2O3、LaMnO3/(0.7LaMnO3-0.3Y2O3)、LaMnO3/(0.8LaMnO3-0.2Y2O3)、LaMn0.6Cr0.4O3/Al2O3双层结构热敏传感器，通过XRD、SEM、EDS、XPS等测试手段对热敏陶瓷的相结构、微观形貌、元素分布、离子价态进行了研究，并对其性能进行了分析。结果显示MgAl2O4-LaCrO3复合陶瓷的电阻率与Cr原子百分比成正比，钙钛矿结构陶瓷体的电导机制符合小极化子跳跃电导模型，电导主要在Cr3+和Cr4+之间跳跃产生；常规烧结的样品比真空热压烧结的样品电阻率更大，真空热压烧结是制备双层热敏陶瓷较好的一种烧结方式；双层结构热敏电阻的热敏特性（电阻率、B值）和老化特性（电阻漂移率）均与双层之间质量比有关，随着钙钛矿层相对质量增加，电阻率降低，电阻漂移率减少（稳定性提高）；根据不同的应用，可以研制出在100℃-500℃、400℃-1000℃等不同测温区间内电阻率与温度有着良好的线性关系传感器。.采用磁控直流反应溅射法制备了LaMnO3单层热敏电阻薄膜材料,和LaMnO3/Y2O3双层结构热敏电阻薄膜材料，得到了高阻值低B值的热敏电阻双层薄膜。.项目除了研究了既定的双层结构高温热敏传感器外，还获得了复合材料系列，研究了双层薄膜的制备与性能，部分材料已试制出航天用特种温度传感器样件，本项目取得的成果后期还会用于更多规格产品样件的研制工作。