BaTiO3系PTC热敏电阻器性能优化

题（中、英文）目BaTiO 3系PTC 热敏电阻器性能优化代号
分类学号密级10701TB34公开
1105122230基础研究The Performance Optimization of
BaTiO 3-based PTC Thermistor
作者姓名崔璀
曹全喜材料工程
提交论文日期2014年3月
牛顺祥学校指导教师姓名职称工程领域企业指导教师姓名职称论文类型
西安电子科技大学
创新性声明
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西安电子科技大学
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本人签名：日期
导师签名：日期
摘要
摘要
PTC热敏电阻材料，是一种具有特殊温度敏感性的材料，即随着温度的增加电阻值呈阶跃性变化。

PTC元件具有特殊的阻温特性、电流电压特性、时间电流特性等三大特性，使其常用于制造自动消磁元件、电路过流或过压保护元件，延迟启动开关元件、恒温发热器、温度传感器等电子电路的器件。

经过50多年的发展，PTC热敏电阻已成为电子工业生产中的必不可少的元件，同时随着电子时代的进步，对PTC热敏电阻性能的要求越来越高。

PTCR热敏元件与传统的电路保护元件相比具有优越的自恢复能力，将在电子设备，计算机，电路控制，程控电话交换机及雷击保护等领域中得到广泛的应用，这类应用要求PTC材料不仅要具有较低的室温电阻率，高的升阻比，而且有高的耐电压和耐电流冲击能力等特性。

本文针对太阳能电池保护电路中的PTCR元件的应用，以制造出低电阻、高升阻比以及高耐压的高性能PTCR元件为目标，分别从配方以及工艺方面进行了多组实验以及探讨。

分别为：通过单施主掺杂Y，Nb以及双施主掺杂Y-Nb的实验并结合工艺改善实验以及热处理实验制备出室温电阻率为11Ω·cm的PTCR元件；并通过调节Mn的二次添加量来提高元件的升阻比到1.4×106；最后通过调节Ca的添加量，并就其对PTCR元件的耐压性的影响进行了探讨。

本文还从微观方面进行了讨论分析。

关键词：BaTiO3热敏电阻高性能
Abstract
Abstract
PTC thermistor material is a special temperature-sensitive material.As the temperature increases,its resistance will turn out a rapid increase.PTC element has three characteristics,including specific resistance-temperature characteristics,current-voltage characteristics,time current characteristics.Therefore they are commonly used in the manufacture of automatic degaussing components,circuit over-current or overvoltage protection devices,the delay device switching element,thermostat heaters,temperature sensors and other electronic circuits devices.After50years of development,PTC thermistor electronic industrial production has become an essential element,but with the progress of the electronic age,PTC thermistors now face with increasingly high performance pared with traditional circuit-protection devices,PTCR thermal elements have a predominant advantage of Self-recovery capability.This is why they are widely used in electronic equipment,computers,circuit control, program-controlled telephone switches and lightning protection and other areas.Such applications require not only low room temperature resistivity and high lift-drag ratio, but also high resistance to voltage and current impact resistance and other characteristics
On account of PTCR’s application in solar energy battery protection circuit,at the aim of producing high-performance PTCR components with performance of low room temperature resistivity,high lift-drag ratio and high withstand-voltage,this article has respectively done groups of experiments and made research on recipe and manufacturing process.Through Y or Nb single donor doping experiment and Y-Nb double donor doping experiment,in combination of experiments of process improvement and heating treatment,we get PTCR components of room temperature resistivity of11Ω·cm.With adjustment of the addiction of Mn,lift-drag ratio of1.4×106 has been achieved.At last,with the adjustment of Ca,the withstand-voltage of PTCR is studied.In addiction,micro-mechanism is also studied in this article.
Keywords:BaTiO3thermistor high performance
目录
目录
第一章绪论 (1)
1.1PTC材料的分类以及研究状况和发展前景 (1)
1.1.1BaTiO3系PTC材料的研究进展 (1)
1.1.2V2O3系PTC材料 (5)
1.1.3高分子基PTC材料 (6)
1.2国内外PTC的研究热点及前沿信息 (7)
1.3本文的研究内容和文章结构 (8)
1.1.1文章的主要内容 (8)
1.2.2文章结构安排 (9)
第二章BaTiO3基PTCR基本理论 (11)
2.1BaTiO3基PTCR晶体结构 (11)
2.2BaTiO3半导瓷PTC效应的机理研究及其进展 (12)
2.2.1Heywang（海望）晶界势垒模型 (12)
2.1.2Jonker模型 (13)
2.1.3Daniels钡空位模型 (14)
2.1.4氧吸附模型 (15)
2.2BaTiO3陶瓷的半导化机理 (16)
2.1.1还原气氛半导化 (16)
2.1.2施主掺杂 (16)
2.1.3受主掺杂 (17)
第三章BaTiO3基PTCR元件的三大特性及应用简介 (19)
3.1PTCR的性能参数 (19)
3.2PTC热敏电阻器的基本特性 (20)
3.2.1电阻温度特性 (20)
3.2.2电流电压特性（静态特性） (22)
3.2.3电流时间特性（动态特性） (22)
3.3PTC元件三大特性的经典应用 (23)
3.3.1电阻－温度特性的应用 (23)
3.3.2电流－时间特性的应用 (25)
3.3.3电压－电流特性的应用 (27)
第四章BaTiO3系PTCR的制备工艺与测试系统 (29)
目录
4.1PTC材料的制备工艺 (29)
4.1.1原料，混合球磨及脱水 (31)
4.1.2预烧合成及二次球磨 (32)
4.1.3造粒 (32)
4.1.4干压成型 (33)
4.1.5烧成 (34)
4.1.6上电极 (34)
4.1.7热处理 (34)
4.2PTCR电阻器的测试系统 (34)
4.2.1电学性能测试 (35)
第五章高性能PTC热敏电阻器优化实验 (37)
5.1低室温电阻率实验 (37)
5.1.1Y2O3和Nb2O5掺杂对室温电阻率的影响及其比较 (37)
5.1.2Y对显微结构的影响 (39)
5.1.3Y和Nb双施主掺杂降阻实验 (41)
5.1.4热处理降阻 (42)
5.1.5工艺改善实验 (43)
5.2高升阻比实验--MnCO3掺杂 (45)
5.3高耐压实验--CaCO3调整 (47)
总结 (51)
致谢 (53)
参考文献 (55)
第一章绪论1
第一章绪论
PTC是正温度系数效应(Positive Temperature Coefficient)的简称，指正温度系数比较大的半导体材料。

PTCR是一种具有特殊温度敏感性的半导体电阻器件，随着温度的增加，当温度达到一定值（居里温度），其电阻值随着温度的升高急剧增大，具有阶跃行的变化。

这一特殊性质，使得PTC材料被广泛地用于制造恒温发热体，延时自启动开关，电路中的过流过压保险丝等电子电路常用的元器件。

也因其广泛应用性，使得PTC在半个多世纪中，一直是专家学者们研究的热点，PTC 材料的研究也取得了长足的进展[1,2]。

总体来说，PTC材料的研究所设计的科学领域广泛、理论模型纷繁、制备工艺复杂[1]，通过参阅国内外学术期刊论文以及著作结合自己的实验，本文概括总结出现代PTC的发展过程以及现有的研究成果并论述国内外PTC的主流研究热点和前沿信息。

1.1PTC材料的分类以及研究状况和发展前景
自上个世纪50年代海曼等人首次发现PTC材料的特性开始，经过半个世纪的蓬勃发展，对PTC材料的研究也不断扩大和发展。

以BaTiO3为主晶相的PTC是最常用的PTC陶瓷材料，近年来还出现了许多的新型PTC材料，如复合PTC材料、有机PTC等[3]。

目前使用的PTC材料主要分为陶瓷基PTC材料（主要以BaTiO3和V2O3基为主）和高分子基PTC材料（以有机聚合物为主）两种。

本节将分类阐述当前PTC材料的研究进展，重点介绍BaTiO3系PTC材料。

1.1.1BaTiO3系PTC材料的研究进展
BaTiO3系PTC陶瓷材料是目前在电子设备、家用电器等方面应用极为广泛的一类PTC材料，是目前主流的PTC材料，技术也最成熟。

经过几十年的不断研究，不断细化，目前不仅对作为原料的瓷粉不断的进行探讨取得众多成果，同时在制备工艺方面也不断突破，而且在应用方面更是不断创新，研究正向低阻化、高耐压，高居里点、高可靠方向发展。

其材料研究势必在尽可能降低室温电阻率的同时，保证材料的耐电压和升阻比尽可能高，从而满足不断创新的实际应用。

BaTiO3系PTC陶瓷热敏电阻元件也形成了成熟的产业体系。

下面将就几个当前比较热点的方面，列举部分重要的研究成果。

1)配方研究进展
BaTiO3系PTC陶瓷热敏电阻元件的配方目前主要的添加原料一般为BaCO3、
2
BaTiO3系PTC热敏电阻器性能优化
TiO2粉料用以合成钛酸钡主晶相或者BaTiO3粉料，半导化添加剂Y2O3、Nb2O5及其它一些稀土元素氧化物，居里温度移动剂PbO、Pb3O4、SrCO3或者SrTiO3、NBT 等，受主添加剂MnO、Mn(NO3)2或Mn(CO3)2，烧结助剂Al2O3、SiO2、TiO2、Sb2O3、Bi2O3、BN，以及BBSM等等。

为了制造出性能更高即低电阻率，高居里温度，高耐电压耐电流，高升阻比的PTC材料，在BaTiO3系PTC陶瓷热敏电阻元件的配方方面，当前主要进行掺杂改性。

日本积水化成工业株式会社采用在(BaPb)TiO3系统中加入Sb2O3(浓度范围为0.11mol％～0.13mo1％)的方法，制出电阻率σ<5Ω·cm，升阻比α为3.2个数量级的PTCR材料。

日本矿业株式会社采用浓度范围为5mol％～20mol％的Sr替换BaTiO3中的Ba原子，同时添加浓度0.25mol％Sb2O3或Ta2O5、0.5～2.0mo1％TiO2、0.05～1.0mol％SiO2和0.03～0.1mol％MnO。

另外为使BaTiO3中部分O被Cl取代，加入了浓度为0.01～0.15mol％的Cl，以提高施主的密度，最后得到电阻率σ为3.4～4.0Ω·cm，升阻比α为3.1～3.8个数量级的PTCR材料。

日本村田制作所的研究人员通过对PTCR半导体陶瓷中所含微量杂质的研究与分析，发现了除了人们已知的Fe2+、Cr2+、Na+、K+等是对PTC材料电阻率有害的阳离子外，还有如F-、C1-、Br-等阴离子也对PTCR的低阻化产生有害的影响。

研究表明，将上述有害杂质的摩尔分数控制至小于0.01mol％，可有效降低PTCR的室温电阻率。

同时还有一种模型认为将BaTiO3基本组成离子视为三种离子群：Ba2+、Ti4+和O2-。

对这些离子的不同位置上，可以用与其离子半径相近，同时原子价相差1价的其他离子进行替换。

也就是说，对于Ba2+位离子可用Ce3+、La3+、Dy3+、Sb3+或Na+、K+等离子；对于Ti4+可用W5+、Nb5+、Ta5+或Cr3+、Co3+等离子；对于O2-可用适量Cl-、I-、Br-等阴离子替代也可以得到电阻率低的PTC陶瓷材料。

通过施主掺杂使BaTiO3的呈n型半导化，通过受主的二次掺杂来调节和改善材料PTCR电学特性，实验中还可通过调整施、受主的种类和掺杂量的配比来降低材料的室温电阻率、提高材料的升阻比、调节居里点以及改善耐电压等特性。

实验表明，通过适合的施受主掺杂种类、以及恰当的添加量和添加的方式才能获得最佳性能的PTCR元件。

目前施主掺杂物中研究较成熟的有：Y2O3、La2O3、Nb2O5、Sb2O3等氧化物，通过这些施主的掺杂人们已经能得到较低电阻率的高性能PTC材料。

通过研究，人们发现双施主掺杂比单施主掺杂更能有效降低PTCR材料室温电阻率，提高PTCR元件的性能。

这是由于，双施主掺杂不仅使得PTC陶瓷的晶粒内部半导化更加充分，同时双施主掺杂的元器件内部结构也更稳定，因此双施主掺杂逐渐取代单施主掺杂成为了该领域的的研究热点，典型的双施主掺杂有如Y-Nb，Y-Sb，Bi-Nb等。

而受主掺杂质中，比较常见而且研究比较成熟的是Mn的氧化物和化合物等，同时人们也在研究中发现其他的3d元素如Fe、Cu不能提高升阻比，在实验中是有害的
第一章绪论3
掺杂物。

通常情况下Mn最佳掺杂量为0.03~0.04mo1％，超出这一量会使材料电阻值升高，也不利于升阻比的提高[4]。

除此之外人们通过添加少量的NBT（即（Na0.5Ba0.5）TiO3）、BNT（即（Ba0.5Na0.5）TiO3）、BKT（即（Ba0.5K0.5）TiO3）、BT-BNT（即（Ba0.5Na0.5）x Ba1-x TiO3）等成功将PTCR材料的居里点提高了几十度。

如王鹏威[5]等人用预先合成的NBT和其它添加剂，制备出了居里温度高于130℃的钛酸钡基无铅PTC材料。

Huo[11]等在BT中掺入BNT，加入量为0~2mol％，居里点T c从97℃升高到150℃，但当BNT掺入量大于1.5mol％时样品为介电材料，当掺入量为1.5mol％时性能最佳，升阻比提高到106数量级，室温电阻率为316Ω·cm。

史玛达[12]等研究了BT-BNT系无铅PTC材料，BNT的加入量为0~30mol ％，居里点从120℃升高到175℃。

在适当的工艺条件下，加入的BNT为8.8mol ％时有更高的升阻比，电阻率温度系数(α)达到21.4％K-1。

Takeda[13]等到同样在BT 中掺入BNT，加入量为0~50mol％，居里点从120℃升高到230℃[6]。

2)制备工艺
目前常用的合成陶瓷粉体的固相法和湿化学方法。

其中固相法是传统的制备PTC粉体制备的方法，其技术比较成熟，工艺简单，成本低廉，是国内大部分生产企业的主流方法。

而湿化学方法，是近年来发展起来的新的粉体制备的方法。

目前常用的合成陶瓷粉料的主要的湿化学方法包括化学共沉淀法，水热法，聚合物前驱体法以及sol-gel法等等。

湿化学法虽然技术上不完善，但具有明显的优点，这种方法合成的粉料纯度高，颗粒细而均匀，烧结温度低，可实现一次烧结，而且烧结产品性能更好。

同时，随着小型化电子产品的需求，为了更准确地控制和调节陶瓷样品的晶界的相结构和微结构，提高化学反映的活性，表面改性技术被发展起来，成为提高PTC材料性能的切实可行的技术。

其中又包括颗粒表面改性法，柠檬酸盐溶液一液相包裹法和高分子网络凝胶—液相包裹法，非均匀液相改性法等几种。

此外，桑原诚采用两种粒度不同的粉料进行搭配、混合，他通过将小颗粒(平均粒径0.1μm～4μm)和大颗粒(平均粒径5μm～30μm)粉料按照一定混合来进行试验，制成室温电阻率σ低、升阻比高以及高耐压的PTC材料。

除此之外，有人还尝试采用添加剂的不同化合物形式添加的方式，常见的如用SiO代替SiO2，用MnSiO3代替MnO2，取得了一些进展[4]。

BaTiO3基PTC瓷粉的制备，有从固相法向液相包覆(裹)方向发展的趋势；使用液相包裹的方法来实现核一壳结构，有利于提高粉体化学组分布的均匀性，通过改善晶界相结构的控制，从而更有利于提高PTC效应；与传统的固相法相比，液相包裹法制备的样品性能良好，是较有潜力的高性能PTC瓷粉制备方法。

3)烧成技术现状
烧结是陶瓷材料不断排除气孔致密化、晶粒长大、晶界形成的过程，是陶瓷制备过程中最重要的阶段。

BaTiO3基PTCR陶瓷元件的制作工艺已经比较成熟，
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BaTiO3系PTC热敏电阻器性能优化
一般的方法是先进行预烧形成半瓷，温度一般在1150℃左右。

而二次烧结成陶瓷元件的过程一般在350℃~700℃之间保温除去瓷片中的PVC（即排胶），再升温到1350℃左右烧结成瓷，然后保温。

烧结温度对于成品的性能的影响至关重要。

这里涉及了升温速率，保温时间，降温速率等，无一不对PTCR元件的晶粒成长以及电性能有着直接而关键的影响，如果不恰当，则会造成结构疏松，变形和开裂，或者使坯体产生气泡等，破坏PTC效应的后果。

除了匹配适合的烧结曲线来烧成结构致密，均匀，良好的晶界状态的元件外，许多研究者还致力于在配方中加入烧结助剂Al2O3、SiO2、TiO2、Sb2O3、Bi2O3、BN或者BBSM等等，来降低烧结温度，改善陶瓷性能，减少功耗，降低成本的方案的研究，并且取得了显著的成果。

除此之外PTC效应与烧结气氛有着显著的关系。

烧结气氛分为氧化气氛（一般指空气气氛）与还原气氛（可由氢气，氮气等还原气体组成）。

由于考虑到成本，一般小型企业采用的是空气气氛烧结。

研究表明还原气氛烧结可有效的降低室温电阻率，但是升阻比比较低。

4)电极研究进展
电极对PTCR元件的稳定性有着重要的影响。

目前研究者们致力研究并广为使用的电极分别有：铝电极，Ag-Zn电极，In-Ga电极，真空蒸镀与真空溅射电极，化学镀镍或铜电极等。

下面将逐一概述。

其中In-Ga电极制作简单，易回收，使用方便，至今广泛应用；Ag-Zn电极导电性，可焊性佳，但是Ag的易迁移性会导致元件的寿命不长；铝电极中Al不像Ag易迁移，在小型企业的PTCR元件的制备中广泛使用，其中烧渗Al电极表面的玻化层和致密的氧化膜，使其具有很好的抗湿和抗氧化能力。

此外，真空蒸镀与真空溅射电极用于提高限流用PTC元件的耐电流耐电压冲击的特性，此类电极还具有良好的抗老化特性，成本比较高，近期难以被广泛应用。

化学镀镍或铜电极，由于镀层均匀，耐蚀性好，成本低广泛被应用。

随着电子工业的不断发展和进步，国内外市场对高性能的BaTiO3基PTCR的需求将不断增加，虽然无论从配方，工艺上都逐渐完善和成熟，但是面对更精细更小型化的电子设备的需求，对PTCR元件的性能要求会愈来愈高。

结合研究成果以及市场需求，可总结为如下几点：
1进一步降低PTCR的室温电阻率
2在环保无铅的基础上调节PTCR的居里温度
3提高升阻比、温度系数，良好的阻温特性曲线
4耐电压，耐电流以及长期稳定性
5精度高，寿命长，可靠性高
第一章绪论5 1.1.2V2O3系PTC材料
V2O3系PTC陶瓷材料是一种由于体内温度诱发的金属一半导体(绝缘体)(Metal—Semiconductor／insulating)相变材料，由于其在多种技术领域中具有广阔的应用前景，已成为国内外新颖功能材料研究的热点之一。

在V2O3系PTC陶瓷材料的制备过程中，改变掺杂浓度以及掺杂的条件如温度、压力等因素时，该材料能够产生顺磁绝缘相和顺磁金属相的相变等特殊的变化[7]，这些特殊的相变也使得V2O3系PTC陶瓷材料得到了许多学者的青睐，其应用性更是被人们所期待。

许多氧化物(A12O3，In2O3，Ga2O3，Ga2O3+A12O3，A12O3+In2O3，A12O3+Ga2O3等)都可作为掺杂物加到V2O3系PTC陶瓷材料中，但由于掺杂金属离子半径不同，得到的材料特性也存在差异。

对V2O3的PTC效应的产生原因，目前大部分的实验证实V2O3系陶瓷的PTC效应与杂质的掺杂浓度、材料的制备工艺、相变过程中所产生的应力以及陶瓷微观结构等因素有关。

1970年，MCWhan等研究了(V1-x Cr x)2O3体系，发现在(V0.96Cr0.04)2O3，样品中产生明显的PTC效应，并研究了温度、压力和掺杂浓度对材料的影响。

Kakabi等对(V1-x Cr x)2O3，陶瓷的研究结果表明利用球磨混入微量的Fe杂质有助于提高材料的PTC效应。

周静等人通过对自洽场离散变分方法对(V0.9950Cr0.0025Al0.0025)2O3体系进行了研究，特别是详细研究了处于25℃及200℃时的态密度、电荷分布、能级结构等，实验得出结论随着温度的改变，材料内部的导电电子的结构会发生变化，正是由于这个变化材料出现了PTC效应即，电阻率发生了阶跃性变化。

除此之外，陈文等人通过对淬冷在V2O3系PTC陶瓷热敏电阻材料制备工艺中，对材料的阻温等电学特性的影响的研究，发现经过液氮淬冷处理后明显改善了材料的性能。

随着电子时代的蓬勃发展，电子行业市场对PTC材料的将呈现空前的需求量，同时对PTC材料的电学性能性能如低电阻率、高耐电压等的要求也不断的增高。

比较而言，V2O3系PTC陶瓷材料相对于BaTiO3系PTC陶瓷材料，具有常温电阻率低的优越特点，使其更适用于大电流电路中的过流保护元件，并有望能够成为含有断路器、熔断器和真空开关等部件的大功率电子电路中应用的过流过压保护元件的替代品。

除此之外，研究表明V2O3系PTC陶瓷材料的PTC效应主要由固体中金属-半导体(或绝缘体)之间的相变效应引起的，这是一种体效应，而且与BaTiO3系PTC陶瓷材料的理论模型有着本质的区别，V2O3系PTC陶瓷材料的这种区别使得电压和频率对其PTC效应影响很小。

因此V2O3系PTC陶瓷材料不仅具有较低的室温电阻率，而且具有大的通流能力，同时还适应频率更宽的电子电路，其应用前景更为客观。

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BaTiO3系PTC热敏电阻器性能优化
1.1.3高分子基PTC材料
PTC材料中的除去BaTiO3系PTC陶瓷材料和V2O3系PTC陶瓷材料之外高分子基PTC半导体材料也同样是当前国内外学者专家的研究焦点，它作为一种新型的智能高分子材料，同时也是是现代化工领域开发中的一个重要的项研究课题。

高分子基PTC材料与其他的PTC材料一样，具有随着温度的升高材料的电阻率阶跃增大的PTC特性，能够在因故障引起的过流、过压时发热，阻值急剧增大从而达到在电路中作为恒温控温元件和保险丝的作用。

该材料是有特殊阻温特性以及良好的功率特性的热敏陶瓷材料，同时具有良好的热敏电学开关特性。

经过特殊设计的高分子基PTC材料制备的电子元件，已经在可控温电缆加热系统、过流过压电路保护元件及热敏温度传感器等领域中得到了广泛的应用[8]。

高分子PTC材料已经作为一种重要的电子和加热材料广泛应用于计算机、网络、通信、电器、汽车、以及加热器材等领域，但人们对高分子PTC材料阻--温变化行为尚缺乏清楚的认识。

但是在不断的研究和发展的几十年中，为了解释和描述高分子PTC材料的阻温现象，人们提出了很多的理论模型。

如Kohler为代表的早期研究人员提出的导电链与热膨胀理论。

认为温度升高，基体受热膨胀，接近熔点时，基体体积突然增大，大量导电链被破坏，导致电阻急剧增大从而形成PTC效应。

而后Meyer在Ohe K.和Naitior Y.的理论基础上提出的隧道导电理论。

认为电子隧道由于温度升高，高分子材料熔断而产生导电障碍是PTC效应的原因。

随后Klason和Voet在Kohler理论的基础上提出了基体受热材料熔断导致高分子晶相变化而导致电阻升高出现PTC现象的聚集态结构变化及炭粒迁移理论。

Allak M.则认为：高分子PTC材料的导电机理为欧姆导电。

这些理论都不同程度地解释了高分材料的PTC效应，但是人们也发现了许多新的现象无法用过去的理论来解释。

针对此国内的研究人员李荣群，李威[9]等人在过去理论的基础上，结合新的现象进行了深入的分析和总结，从而提出了应力模型。

这种新的物理模型能统一地解释不同类型高分子PTC材料在不同温度过程所表现出的复杂的阻温特性，解决了目前理论与实验现象矛盾的问题。

应力理论的提出可能为我们认识高分子PTC 材料的本质和高分子PTC材料理论研究提供新的方向。

我国的高分子PTC材料起步比较晚，产业化与国际先进水平之间存在很大的差距。

但是经过国内的高校以及科研所的不断努力，也逐渐能在国际市场中占一席之地。

但是差距不容忽视，薄弱应得到重视，仍然需要更大的投入和研究。

高分子PTC材料作为一种新兴的高附加值和高科技含量的新型功能材料与传统的PTC材料相比具有如体积小，价格低廉，简便，安全，抗震性高，并且自恢复性，可重复多次使用无需替换，这个重要的特点免去大型精密设备系统中保险
第一章绪论7
元件更换的难题。

因此，这种经过特殊设计的高分子PTC材料所制成的可重复使用上万次的自恢复保险丝等电路保护元件得到了迅猛的发展。

为适应电子线路的小型化、集成化、复杂化的发展趋势，市场对高分子基PTC元器件在技术上不断出现了更高的要求。

未来高分子基PTC材料的发展总结于如下几点：1小型化、低电化：高分子基PTC一直以来由于其大体积的特点，限制了其在小型化电子设备中的应用。

为了将其优越的性能得到更广泛的应用，人们也为了突破这方面的限制不断的进行研究和探索。

近两年人们还制备出了低达7mΩ左右的用于手机通讯设备的保护元件的超低电阻高分子基PTC。

但是在不断微型化的电子时代中，在小型化、低阻化方面仍然面临很大的挑战。

2集成化、片式化：随着电子线路的不断微型化、小型元器件集成化的发展趋势，高分子基PTC元件配合其他的电路元器件的集成化已经成为一种必然的发展趋势。

当前常见的有，高分子基PTC元件和电压元件的集成技术。

3绿色化：近几年，随着人们生活质量的提高，人们的环保意识更加的进步了，绿色电子已经成为这个时代的标语。

许多有毒有害的物质也明确地在有关条约法律中被禁用。

因此而多用到卤素的高分子基PTC材料的发展也面临了很大的技术上的挑战。

研究将面临寻找环保配方的方向不断地发展。

随着科学的进步、电子行业的发展和经济的高速发展，高分子基PTC的发展也将不断地渗透到通信与汽车电子等领域中。

对高分子基PTC的这方面的发展展望可总结为一下两点：：
1通信领域：随着通讯市场的发展，特别在中国3G、4G的推出，将带动相关行业的大发展，也必将推动高分子PTC在通信领域特别是移动通信领域的应用。

2汽车电子：目前，汽车已经成为全球特别是中国用户急速增长的消费品，而高分子PTC由于其独特的特性成为汽车安全防护方案中重要的一员[10]。

1.2国内外PTC的研究热点及前沿信息
从PTC市场需求和今后应用趋势来看，PTC材料正在向常温低阻化、电阻温度系数大、升阻比大、耐压高、承受大电流和冲击电流能力强、稳定性好、精度高、可靠性高、寿命长及小型化，环保无害等方向发展[7]。

在保持主流大方向不变的基础上，纵观国内外的PTC材料的发展可知，无论是科技研究前沿与其他技术领域，还是人们的生活方式的发展和变化都不断地给PTC行业注入新的技术可能和活力，同时引领PTC向更创新、更经济、更环保的方向不断发展。

于是，虽然大方向不变，但当前的PTC研究正不断地涌现出新的引领行业方向的发展热点。

例如，随着今年来纳米技术的发展和高分子量聚乙烯的关键技术突破，人们在不断的尝试和探究中发现具有高粘度特性的高分子量聚。