稀土氧化物掺杂提升Mn-Fe-Co-Zn-O陶瓷在高温氮气氛围下的热稳定性与电性能一致性

本研究针对Mn-Fe-Co-Zn-O系负温度系数（NTC）热敏陶瓷在氮气封装环境下热稳定性差的问题，由研究人员通过固相烧结法合成La?O?和Y?O?掺杂的xR?O?-Mn?.??Fe?.??Co?.??Zn?.?O?陶瓷。结果表明，掺杂后显著抑制了氧空位迁移，降低晶界电阻，使750°C氮气退火后电阻率变化率Δρ??和材料常数ΔB??/??大幅下降（La掺杂最优组分别为7.77%和0.77%），为高温封装应用提供新策略。

　　

研究团队探讨了稀土氧化物对锰铁钴锌氧（Mn-Fe-Co-Zn-O）陶瓷在高温氮气（N?）氛围中热稳定性的影响。该系列材料作为广泛应用的热敏电阻（Negative Temperature Coefficient, NTC）材料，在氮气玻璃封装工艺中常出现电性能漂移，严重制约其在电子器件中的可靠性。

为解决该问题，研究人员引入镧（La）和钇（Y）的氧化物作为掺杂剂，采用固相烧结技术成功制备出不同掺杂比例（x = 0.0025, 0.005, 0.01, 0.02）的xR?O?-Mn_0.76Fe_0.87Co_1.07Zn_0.3O₄陶瓷材料，系统评估了稀土掺杂对高温氮气退火（750°C持续4小时）后电学特性的调控机制。

结果表明，随着La掺杂量增加，材料电阻率（ρ₂₅）和材料常数（B_25/50）的变化幅度显著降低。在最佳掺杂水平（x = 0.01）时，La掺杂样品的电阻率变化率Δρ₂₅降至7.77%，材料常数变化率ΔB_25/50仅为0.77%；相比之下，未掺杂样品的变化率分别高达168.84%和5.57%。Y掺杂也呈现类似趋势，在同等掺杂量下Δρ₂₅为22.76%，ΔB_25/50为1.91%。

机制研究表明，稀土元素倾向于在晶界处富集，有效填补结构空隙并与氧形成稳定的R–O键，从而抑制氧空位迁移、显著降低晶界电阻。这一发现不仅阐明稀土元素提升NTC陶瓷热稳定性的微观机制，更为发展适用于高温氮气封装场景的高可靠性热敏材料提供了新的材料设计思路。