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丝网印刷法制备La_(1-x)Sr_xMnO_3基薄膜及性能研究

刘宏华  
【摘要】: 通过溶胶-凝胶法合成钙钛矿型La1-xSrxMn03 (x=0.2、0.3、0.4和0.5)粉体,以松油醇和乙基纤维素(Ethyl cellulose,简称EC)混合液作为有机载体与粉体混合制备浆料,采用丝网印刷工艺在Al2O3基底上制备了组织致密、连续、一定厚度的La1-xSrxMO3基薄膜,进而探讨此类薄膜的电性能、温敏性能和抗热疲劳性能。研究发现:通过协调控制相关参数,可以得到性能稳定、附着力好、可靠性强、使用寿命长的NTC温敏薄膜。 利用SEM和XRD方式研究元素掺杂量、浆料成分、烧结温度对La1-xSrxMnO3基薄膜组织形貌和相结构的影响。其中浆料中有机载体成分含量主要影响薄膜的微观组织形貌,而掺锶量决定薄膜导电相,且晶粒尺寸随掺锶量增加而减小。当有机载体与粉体质量比为3:2,有机载体中EC=2wt%时,可得到均匀平整、裂纹较少、导电性良好的薄膜制品。 掺锶量对薄膜电性能影响明显,研究发现随着锶掺杂量的增加,薄膜室温电阻率先减少后增加,并在x=0.4时达到最小值。薄膜阻-温关系表明其导电性存在金属-半导体态的转变(IMT),转变点温度(Tρ)大约在-90℃~-60℃左右,并随着掺锶量的增加逐渐升高。高温时电阻率呈现半导体变化规律,符合Arrhenius公式,随着锶含量的增加,Arrhenius线性转折温度升高。薄膜具有较好的电热性能,适当电压下局部发热温度达1000℃以上,平均温度最高可达545℃。试样所能承受的交流电压最高可达45V,最大电流2.69A。加载电压或电流过大易导致薄膜厚度较薄处产生电火花,使元件熔断失效。 选用钙钛矿相La0.9Ca0.1MnO3和La0.7Sr0.3MO3粉体制备混合成分薄膜,发现La0.9Ca0.1MnO3的掺入使薄膜B值变大,并在低温区间使之更符合小极化子导电模型,相应地提高了室温~200℃和650℃~800℃温度区间的温度敏感系数α,大大提高了薄膜作为温敏元件的精确度和工作温度范围。薄膜最佳烧结温度与成分配比直接相关,且质量比1:4,1300℃烧结时,可制得具有较好形貌和较高电导率的薄膜。 采用划痕法检测薄膜与基体的结合强度,发现薄膜成分基本无影响,而烧结温度影响明显。同时对薄膜重烧测试其抗热疲劳性,得出试样电阻率随重烧次数增加明显增大,且重烧次数达6次后逐渐趋于稳定,室温电阻值变化率±1%。另外,熔块粉的加入使结合强度显著增强,但同时电导率和重烧稳定性变差。


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