El mecanismo conductor del termistor NTC
El modelo de salto de electrones es actualmente un mecanismo de conducción ampliamente reconocido y aceptado en las cerámicas térmicas NTC de la serie Ni-Mn-O. El modelo cree que hay dos condiciones para la conducción electrónica en este sistema:
(1) El estado de valencia de los iones metálicos se puede cambiar;
(2) Los iones metálicos con valencia variable ocupan la misma posición en la cristalografía. Para el sistema de material Ni-Mn-O, generalmente contiene iones Mn de valencia variable, y hay muchos estados de valencia como +4, +3, +2. Entre ellos, los iones Mn 4 ++ y Mn3 + generalmente tienden a ingresar al sitio B en la estructura de la espinela, mientras que los iones Mn2 + tienden a ingresar al sitio A. En la estructura de la espinela, dado que la distancia entre los sitios B-B es ligeramente más pequeña que la distancia entre los sitios A-A, los electrones saltarán entre los iones Mn4 + y los iones Mn3 + del sitio B más corto, lo que provocará un salto de conducción. Tome NixMn3-xO4 (03O4, el conocido Mn3O4 es un aislante con una resistividad muy alta. Su distribución de cationes es generalmente [Mn2 +] A [Mn3 + Mn3 +] BO4 Se puede ver que solo hay un único catión de Mn3 + en el sitio B, y no existen otros iones de valencia Mn. Por lo tanto, los electrones no pueden conducir la conducción de salto, por lo que la resistividad del Mn3O4 es muy grande y la conductividad es un aislante. Tome NixMn3-xO4 (03O4, el conocido Mn3O4 es un aislante con una resistividad muy alta. Su distribución de cationes es generalmente [Mn2 +] A [Mn3 + Mn3 +] BO4 Se puede ver que solo hay un único catión de Mn3 + en el sitio B, y no existen otros iones de valencia Mn. Por lo tanto, los electrones no pueden conducir la conducción de salto, por lo que la resistividad del Mn3O4 es muy grande y la conductividad es un aislante. Cuando el Ni está dopado en Mn3O4, generalmente existe en el estado de iones Ni2 +. Se puede saber a partir de la Tabla 1 que los iones Ni2 + ocupan preferentemente la posición intersticial octaédrica (OSPE) tan alta como 22,8, por lo que los iones Ni2 + entran preferentemente en el sitio B. Después de que el ion Ni2 + ingresa al sitio B, para mantener la neutralidad del precio de la electricidad, el ion Mn3 + ubicado en el sitio B debe cambiarse a un ion Mn4 + de valencia más alta en este momento. En este momento, la distribución de cationes de NixMn3-xO4 se puede escribir como: [Mn2 +] A [Ni2 + xMn4 + xMn3 + 2-2x] BO4, se puede ver que hay dos iones de valencia de Mn4 + y Mn3 + en el sitio B, por lo que los electrones pueden saltar entre los iones Mn4 + y Mn3 Conductividad. La resistividad disminuye y, a medida que aumenta el contenido de Ni dopado, la resistividad continúa mostrando una tendencia a la baja. Teóricamente, la conductividad se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
Entre ellos, 5 es la concentración de la posición octaédrica, es la distancia de salto de electrones, es la frecuencia de la vibración térmica de la red relacionada con la conducción, es la constante de Boltzmann y es la carga básica del electrón. [Mn4 +] y [Mn3 +] son las concentraciones de iones Mn4 + e iones Mn3 + en el octaedro, que son las barreras a superar para el salto de electrones. El cálculo teórico muestra que cuando [Mn3 +] = [Mn4 +], es decir, x = 2/3, la resistividad tendrá un valor mínimo. Si continúa aumentando el contenido del elemento Ni, la resistividad aumentará gradualmente. Fritsch estudió sistemáticamente NixMn3-xO4 (0.6
Figura 2 Diagrama esquemático del cambio de resistividad de NixMn3-xO4 con contenido de níquel, dos procesos de metalización cerámica:
(a) Revestimiento por evaporación al vacío (sin proceso de tratamiento térmico);
(b) Proceso de serigrafía (quema de plata a 850 ° C).