Leitfähiger Mechanismus des NTC-Thermistors
Das Elektronen Hopping Modell ist derzeit ein weithin anerkannter und akzeptierter Leitung mechanismus in NTC-Thermo keramiken der Ni-Mn-O-Serie. Das Modell geht davon aus, dass es in diesem System zwei Bedingungen für die elektronische Leitung gibt:
(1) Der Valenzzustand von Metallionen kann geändert werden;
(2) Metallionen mit variabler Wertigkeit nehmen die gleiche Position in der Kristallographie ein. Für das Ni-Mn-O-Material system enthält es im Allgemeinen Mn-Ionen variabler Wertigkeit, und es gibt viele Wertigkeit zustände wie +4, +3, +2. Von diesen neigen Mn4++- und Mn3+-Ionen im Allgemeinen dazu, in die B-Stelle in der Spinellstruktur einzutreten, während Mn2+-Ionen dazu neigen, in die A-Stelle einzutreten. Da in der Spinellstruktur der Abstand zwischen den B-B-Plätzen etwas kleiner ist als der Abstand zwischen den A-A-Plätzen, springen Elektronen zwischen den kürzeren Mn4+-Ionen der B-Plätze und Mn3+-Ionen, was zu einer Übersprung leitung führt. Nehmen wir NixMn3-xO4(03O4, bekannt ist Mn3O4 ein Isolator mit sehr hohem Widerstand. Seine Kationen verteilung ist im Allgemeinen [Mn2+]A[Mn3+Mn3+]BO4 Es ist ersichtlich, dass es nur ein einziges Kation von Mn3+ an der B-Stelle gibt und keine anderen Valenz-Mn-Ionen existieren. Daher können die Elektronen keine Sprungleitung durchführen, so dass der spezifische Widerstand von Mn3O4 sehr groß ist und die Leitfähigkeit ein Isolator ist. Wenn Ni in Mn3O4 dotiert wird, liegt es im Allgemeinen im Zustand von Ni2+-Ionen vor. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass Ni2+-Ionen bevorzugt die oktaedrische Zwischengitterposition (OSPE) bis 22.8 besetzen, sodass Ni2+-Ionen bevorzugt in die B-Stelle eindringen. Nachdem das Ni2+-Ion in die B-Stelle eingetreten ist, muss zu diesem Zeitpunkt das an der B-Stelle befindliche Mn3+-Ion in ein höherwertiges Mn4+-Ion umgewandelt werden, um die Neutralität des Strompreises zu wahren. Zu diesem Zeitpunkt kann die Kationen verteilung von NixMn3-xO4 wie folgt geschrieben werden: [Mn2+]A[Ni2+xMn4+xMn3+2-2x]BO4 ist zu erkennen, dass es zwei Valenzionen von Mn4+ und Mn3+ an der B-Stelle gibt, sodass Elektronen zwischen Mn4+ und Mn3 Ionen Leitfähigkeit springen können. Der spezifische Widerstand nimmt ab, und wenn der Gehalt an dotiertem Ni zunimmt, zeigt der spezifische Widerstand weiterhin einen Abwärtstrend. Theoretisch lässt sich die Leitfähigkeit nach folgender Formel berechnen:

Darunter ist 5 die Konzentration der Oktaederposition, die Elektronensprungstrecke, die Frequenz der thermischen Schwingung des Gitters in Bezug auf die Leitung, die Boltzmann-Konstante und die Grundladung des Elektrons. [Mn4+] und [Mn3+] sind die Konzentrationen von Mn4+-Ionen und Mn3+-Ionen im Oktaeder, die die Barrieren für Elektronensprünge sind. Theoretische Berechnungen zeigen, dass bei [Mn3+] = [Mn4+], d. h. x = 2/3, der spezifische Widerstand einen minimalen Wert hat. Wenn Sie den Gehalt an Ni-Element weiter erhöhen, erhöht sich der spezifische Widerstand allmählich. Fritsch untersuchte systematisch Ni_xMn_3-xO₄ (0,6


  Abbildung 2 Schematische Darstellung der Änderung des spezifischen Widerstands von Ni_xMn_3-xO₄ mit dem Nickelgehalt, zwei keramische Metallisierungsprozesse:
(a) Vakuumverdampfung beschichtung ((keine Wärmebehandlung);
(b) Siebdruckverfahren (Silberbrennen bei 850°C).