连续热电偶用锰氧化物热敏电阻材料的制备及性能研究

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本文探究了影响氧化锰粉体材料导电性的原因,讨论了跳跃导电机理在无定形氧化锰中的适用性。通过简便的水浴化学沉淀法直接制备出Mn3O4的纳米粉体,经热处理可得到Mn2O3的纳米粉体,分析了反应条件对产物的影响。为得到导电性良好的芯和接触电势(与金属)低的外壳,作者尝试制备由两种氧化锰组成的包覆结构,以满足其在连续热电偶中的使用要求。  从一种无定形氧化锰着手,测定了其经过煅烧处理后导电性的变化。结果发现这种氧化锰导电性良好,电阻率可以低至2.763kΩ-cm,远远低于结晶后的氧化锰。TG/DTA和XRD结果证明这种氧化锰在558℃下转变成立方方铁锰矿的α-Mn2O3。通过XRF和SEM分析其成分,样品中只检测到锰和氧两种元素,TEM照片显示这种无定形氧化锰没有特定的形态,选区电子衍射花样(SAED)显示为非晶弥散环。借助XPS,作者研究了材料内部锰离子的价态和含量,发现高的Mn3+-Mn4+离子对浓度导致了良好的导电性。通过对跳跃导电模型的进一步理解,作者认为无定形氧化锰的导电过程依然是通过Mn3+-Mn4+,其浓度的高低决定氧化锰材料导电性能的优劣。  以乙酸锰、双氧水及氨水为原料,通过化学沉淀法合成了Mn3O4纳米颗粒。采用XRD和SEM对样品成分和形貌进行表征,发现水浴温度80℃,原料摩尔比为1:2:2时合成的样品结晶完善,形状规则,尺寸均匀。双氧水用量较少时有异形结构生成,氨水不足会造成产物大小不均匀,水浴温度过高过低都会造成产物形状不规则,粒径分布变宽。TG/DTA和XRD结果显示,样品在空气中升温时分别在202℃、338℃附近生成了两种相似结构的Mn3O4,仅晶格尺寸发生变化,455℃以上为立方方铁锰矿的α-Mn2O3。对比产物在不同温度下煅烧后的XRD图谱和TEM照片,发现600℃煅烧生成的α-Mn2O3结晶完善,晶格尺寸接近标准值,形状规则,团聚较少。  尝试通过沉淀法和溶胶-凝胶法制备不同氧化锰的包覆结构,因为两种氧化锰表面均带负电,发生静电排斥,导致两相分离,未能获得均匀的包覆结构。
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