CN101714438B - 热敏电阻 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热敏电阻，其包括：一硅橡胶基体以及多个碳纳米管，该多个碳纳米管在该硅橡胶基体中均匀分散并相互搭接形成导电网络。该热敏电阻既具有NTC特性又具有PTC特性，具有电源冲击电流的抑制和异常过电流保护的双重功能，可应用于特殊的电路中。
Description
技术领域
本发明涉及一种热敏电阻，尤其涉及一种既具有PTC特性又具有NTC特性的热敏电阻。
背景技术
热敏电阻是一种电阻随温度的变化而变化的电阻。热敏电阻可以根据其电阻与温度的变化关系分为两种。电阻随温度的上升而急剧增加的特性的称为正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)特性，具有这种特性的热敏电阻简称为PTC热敏电阻；电阻随温度的上升而急剧下降的特性称为负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)特性，具有这种特性的热敏电阻简称为NTC热敏电阻。所述热敏电阻可由导电填料填充于聚合物中组成。
中国科学院金属研究所于2005年12月14日申请，于2007年6月20日公开的公开号为CN1982370A的专利申请，揭露了一种热敏电阻。该专利申请通过于该高熔点的结晶性聚合物中添加纳米碳材料，如碳纳米管、碳纤维等，来制备纳米热敏电阻，其为PTC热敏电阻。
中国科学院金属研究所于2004年5月26日申请，于2007年7月25日公告的公告号为CN1328309C的专利，揭示了一种具有正温度系数效应的热敏电阻及其制备方法，该材料由导电填料和高密度聚乙烯构成，所述导电填料包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、纳米碳纤维或者其复合物，该材料为PTC热敏电阻。
在实际应用中，往往需要一种既具有PTC特性又具有NTC特性的热敏电阻，用该材料做成的元件既具有温度调节功能，又具有高温限制功能。然而传统上同时具有PTC特性又具有NTC特性的热敏为将一个PTC材料与一个NTC材料粘合而成，从而使其成为一具有双重功能的过电流保护元件。但由于该材料由两种材料粘合而成，其稳定性较差，不利于实际应用。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种有利于应用的既具有PTC特性又具有NTC特性的热敏电阻。
一种热敏电阻，其包括：一硅橡胶基体以及多个碳纳米管，该多个碳纳米管在该硅橡胶基体中均匀分散且相互搭接并形成导电网络。
与现有技术相比较，所述热敏电阻具有以下优点：由于该热敏电阻的基体为硅橡胶，硅橡胶具有较高的弹性以及较高的体积膨胀率，因此使得热敏电阻的使用温度范围较宽，可在20摄氏度到200摄氏度内使用。该热敏电阻，由于采用碳纳米管与硅橡胶复合而成，相较与两种材料粘合而成的热敏电阻，其稳定性好，有利于实际应用。
附图说明
图1是本发明实施例的热敏电阻的结构示意图。
图2是本发明实施例的热敏电阻的电阻-温度曲线。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明的热敏电阻。
请参见图1，本发明实施例提供一种热敏电阻20，其包括一硅橡胶基体22，以及分散在所述硅橡胶基体22中的多个碳纳米管24。所述多个碳纳米管24在所述硅橡胶基体22中均匀分布、无序排列、且相互搭接，从而在所述硅橡胶基体22中形成导电网络。该热敏电阻，由于采用碳纳米管与硅橡胶复合而成，相较与两种材料粘合而成的热敏电阻，其稳定性好，有利于实际应用。
所述硅橡胶基体22在所述热敏电阻20中的质量百分比含量大于等于85％。
所述碳纳米管24在所述热敏电阻20中的质量百分比含量大于等于1％且小于等于15％。为确保碳纳米管24在所述热敏电阻20中能形成导电网络，所述碳纳米管24的长度为1～20微米。优选地，所述碳纳米管24的重量百分比含量为整个热敏电阻20的2％～15％。所述碳纳米管24可为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或任意组合。单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。本实施例中，所述碳纳米管24为多壁碳纳米管，所述碳纳米管24的长度为1～10微米。硅橡胶基体22在热敏电阻20中的质量百分含量为95％。碳纳米管24在整个热敏电阻20中的质量百分比含量为5％。
由于硅橡胶基体22具有较高的柔韧性及较高的膨胀率，且该热敏电阻20中均匀分散有大量碳纳米管24。该热敏电阻20被加热，其温度迅速上升过程中，该热敏电阻20体积随温度的升高有较大的膨胀，体积膨胀率为1％～8％。从而可以快速的改变该热敏电阻20中的碳纳米管24组成的导电网络的结构，从而使得该热敏电阻20的电阻随温度的改变而改变。
本发明提供的热敏电阻20，电阻随温度的变化可以分为两个阶段：第一个阶段是在温度低于一临界温度时，该热敏电阻20的电阻随温度升高而下降，从而呈现出NTC特性；第二个阶段是在温度高于临界温度时，该热敏电阻20的电阻随温度升高而增大，从而呈现出PTC特性。本发明提供的热敏电阻20，由于其硅橡胶基体22具有较高的柔韧性及较高的膨胀率，从而使得该该热敏电阻20随温度的变化分为两个阶段，一个NTC阶段，一个PTC阶段。因此该热敏电阻20具有更好的应用。
请参见图2，图2为本实施例所述热敏电阻20的电阻-温度特性曲线。从该图可以看出，该热敏电阻20的电阻-温度特性曲线呈“V”型，该热敏电阻20可以在20摄氏度至200摄氏度范围内使用。
本实施例热敏电阻20的电阻-温度的变化关系可以分为两个阶段：
第一阶段，在20摄氏度到110摄氏度范围内，该热敏电阻20的电阻随着温度的升高而减小，其原因在于该热敏电阻20的硅橡胶基体22受热体积膨胀。一方面，由于碳纳米管24的长径比很大，该热敏电阻20中的碳纳米管24可以看作柔性卷曲的长链。因此，在低温时较弱的体积膨胀不会破坏该热敏电阻中20的导电网络，相反地，会使碳纳米管24长链在温度和体积效应共同作用下松弛，使得长链之间进一步相互搭接，使得导电网络相互连接更加紧密，从而整体提高该热敏电阻20的导电性，使得热敏电阻20的电阻随其温度上升而下降。另一方面，升温过程中，卷曲的碳纳米管24伸长，也相当于导电通路增加，从而使得热敏电阻20的电阻降低。另外，由于碳纳米管24由石墨片层卷曲而成，片层内电子运动较容易，而片层与片层间电子的运动能力相对较弱。随温度升高，片层间电子运动能力增强，该热敏电阻20的电阻降低。此时该热敏电阻20呈现出NTC特性。
第二阶段，在110摄氏度到200摄氏度范围内，随着温度的进一步升高，硅橡胶基体22的膨胀过大从而破坏了该热敏电阻20导电网络之间的电连接，从而使得该热敏电阻20的电阻随其温度的上升而上升，此时该热敏电阻20呈现出PTC特性。
综上所述，本发明实施例的热敏电阻20同时具有PTC特性和NTC特性，其应用温度范围较宽，可在20摄氏度到200摄氏度内使用。该热敏电阻20的电阻-温度特性只存在两个阶段，一个NTC特性阶段和一个PTC特性阶段。由本发明热敏电阻20做成的元件，同时具有电源冲击电流的抑制和异常过电流保护的双重功能，因而可应用于各种特殊电源保护电路当中。
由该热敏电阻20做成的元件，在使用时，首先可以起到抗电源冲击电流的作用。一些电器在开启时会产生较大的冲击电流，有可能会损害电器。应用由该热敏电阻20做成的元件初始电阻较高，可以抗击冲击电流。由于冲击电流的作用，元件的温度升高，这时元件的电阻随温度升高而下降，当冲击电流消失时，电路的电阻为正常值，此时电路正常工作。若该电路再有过大电流通过时，该元件的温度升高，其电阻增加，从而电路的总电阻升高，导致整个电路的电流下降，从而起到保护电路的作用。在该热敏电阻20应用于过电流保护时，由于在PTC特性阶段其电阻不会突然下降，从而避免了电路中电流的突然增大，不会损坏电路。因此该热敏电阻20有利于应用。热敏电阻20电阻最小时，该热敏电阻20的温度为所述电路正常工作时所述元件的温度。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种热敏电阻，其特征在于，其包括：一硅橡胶基体以及多个碳纳米管，该多个碳纳米管在该硅橡胶基体中均匀分散且相互搭接并形成导电网络，该热敏电阻的应用温度范围在20摄氏度至200摄氏度范围内，并且在20摄氏度至110摄氏度范围内，电阻随温度升高而减小；在110摄氏度至200摄氏度范围内，电阻随温度升高而增加。
2.如权利要求1所述的热敏电阻，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管以及多壁碳纳米管中的一种或其任意组合。
3.如权利要求1所述的热敏电阻，所述碳纳米管的长度为1～20微米。
4.如权利要求3所述的热敏电阻，所述碳纳米管的长度为1～10微米。
5.如权利要求1所述的热敏电阻，其特征在于，所述碳纳米管在所述热敏电阻中的质量百分含量大于等于1％且小于等于15％。
6.如权利要求1所述的热敏电阻，其特征在于，所述热敏电阻的体积膨胀率大于等于1％且小于等于8％。
7.如权利要求1所述的热敏电阻，其特征在于，该热敏电阻的电阻-温度特性曲线为“V”型，其电阻-温度变化分为两个阶段：第一个阶段，其电阻随温度的升高而降低；第二个阶段，其电阻随温度的升高而升高。
8.一种如权利要求1至7任意一项所述的热敏电阻的使用方法，采用以下方式实现：将该热敏电阻接入一电路，以使当电路中有存在电源冲击电流时，电源冲击电流通过该热敏电阻，使其温度升高，这时该热敏电阻的电阻随温度升高而下降，当冲击电流消失时，电路的电阻降低为正常，从而电路正常工作；若该电路中有过大电流通过时，该热敏电阻温度升高，其电阻增加，从而电路的总电阻升高，导致整个电路的电流下降，从而保护该电路。
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