CN117401975A - 一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料及其制备方法，热敏电阻材料以碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽为原料，所述热敏电阻材料的化学组成体系为BaSm2‑ xTbxTi4O12，结构属于斜方晶系，空间群为Pbnm，0≤x≤0.3。采用本发明所述方法制备的斜方钨青铜型高温热敏电阻材料性能稳定、一致性好、阻温曲线线性度高，适合制造高温热敏电阻器。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，具体涉及一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料及其制备方法。
背景技术
当代科学与信息技术的迅速发展离不开对新型材料的开发与应用。在对温度的检测、控制和补偿等方面，负温度系数热敏电阻(NTCR)占据着重要的地位。随着电子信息技术的快速发展，对新型NTC材料的研究一直是许多科研工作者的一个研究方向。负温度系数热敏电阻广泛应用于家用电器、医疗器械、航空航天、汽车制造等众多领域。
然而，当代科学在仪器检测精度上的要求越来越高，这就要求材料具有高的材料常数B和高的阻温曲线线性度。因此，开展具有高敏感系数的新型结构的高温热敏电阻材料研究对于当代科学与信息技术的精密化具有重要意义。
因此，如何制备性能稳定、一致性好、阻温曲线线性度高的热敏电阻材料成为了亟需解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料，所述热敏电阻材料以碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽为原料，所述热敏电阻材料的化学组成体系为BaSm2-xTbxTi4O12，结构属于斜方晶系，空间群为Pbnm，0≤x≤0.3。
本发明还提供一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法，所述制备方法包括：
按比例称取原料，将所述原料进行混合，并对混合后的原料进行研磨，得到第一粉体，所述原料包括碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽；
对所述第一粉体进行煅烧处理，并对煅烧后的第一粉体进行研磨，得到第二粉体；
将所述第二粉体压块成型，并对成型的块体依次进行冷等静压和烧结，得到热敏陶瓷材料；
在所述热敏陶瓷材料的上表面和下表面均涂覆电极，并对涂覆电极的热敏陶瓷材料进行退火处理，得到热敏电阻材料，所述热敏电阻材料的化学组成体系为BaSm2- xTbxTi4O12，结构属于斜方晶系，空间群为Pbnm，0≤x≤0.3。
在本发明的一个实施例中，按比例称取原料，将所述原料进行混合，并对混合后的原料进行研磨，得到第一粉体，包括：
按比例称取所述碳酸钡、所述三氧化二钐、所述二氧化钛和所述七氧化四铽；
将所述碳酸钡、所述三氧化二钐、所述二氧化钛和所述七氧化四铽进行混合，得到所述混合后的原料；
对所述混合后的原料研磨6-10h，得到所述第一粉体。
在本发明的一个实施例中，对所述第一粉体进行煅烧处理，并对煅烧后的第一粉体进行研磨，得到第二粉体，包括：
在1000-1200℃对所述第一粉体煅烧4-8h，得到所述煅烧后的第一粉体；
对所述煅烧后的第一粉体研磨5-8h，得到所述第二粉体。
在本发明的一个实施例中，将所述第二粉体压块成型，并对成型的块体依次进行冷等静压和烧结，得到热敏陶瓷材料，包括：
在14-16Kg/cm2的压力条件下，将所述第二粉体压块成型，得到所述成型的块体；
在压强为250-350MPa下，对所述成型的块体进行冷等静压，得到静压后的块体；
在1300-1400℃下对所述静压后的块体进行烧结，得到所述热敏陶瓷材料。
在本发明的一个实施例中，所述第二粉体压块的压块成型的时间为0.5-2min；
所述成型的块体的冷等静压的时间为1-3min；
所述静压后的块体的烧结的时间为4-h。
在本发明的一个实施例中，在所述热敏陶瓷材料的上表面和下表面均涂覆电极，并对涂覆电极的热敏陶瓷材料进行退火处理，得到热敏电阻材料，包括：
在所述热敏陶瓷材料的上表面和下表面均涂覆铂浆电极，得到所述涂覆电极的热敏陶瓷材料；
对所述涂覆电极的热敏陶瓷材料进行退火，得到所述热敏电阻材料，所述热敏电阻材料在400-1100℃的温度范围内具有负温度系数特性，材料常数为B400℃/1100℃＝16411-17658K，温度在400℃下所述热敏电阻材料的电阻率为1.3×107 -3.4×107Ωcm。
在本发明的一个实施例中，对所述涂覆电极的热敏陶瓷材料进行退火，得到所述热敏电阻材料，包括：
在800-1000℃下对所述涂覆电极的热敏陶瓷材料退火20-40分钟，得到所述热敏电阻材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用固相法将钡、钐、铽和钛的氧化物进行混和研磨、煅烧、再研磨即得负温度系数的热敏电阻粉体材料，之后进行压块成型，再将成型的块体进行冷等静压、烧结，之后在正反两面涂覆电极获得热敏电阻材料，该热敏电阻材料为斜方钨青铜型BaSm2- xTbxTi4O12，采用本发明所述方法制备的斜方钨青铜型高温热敏电阻材料性能稳定、一致性好、阻温曲线线性度高，适合制造高温热敏电阻器。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法的流程示意图；
图2为本发明中BaSm1.8Tb0.2Ti4O12热敏陶瓷材料的XRD图谱；
图3为本发明中BaSm1.8Tb0.2Ti4O12热敏陶瓷材料的阻温曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
BaSm2Ti4O12材料是具有斜方钨青铜型结构的材料，其空间群为Pbnm，在晶胞中原子排列紧密，具有高的体密度，并且该材料具有高的热稳定性。通过对氧化物固相法制备的BaSm2Ti4O12热敏电阻材料的电学性能进行初步研究，得出其材料常数为16000K左右，有望用于制造具有高敏感系数的热敏电阻器。
基于此，本发明提供了一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法，请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法的流程示意图，该Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法包括：
步骤1、按比例称取原料，将原料进行混合，并对混合后的原料进行研磨，得到第一粉体，原料包括碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽。
步骤2、对第一粉体进行煅烧处理，并对煅烧后的第一粉体进行研磨，得到第二粉体。
步骤3、将第二粉体压块成型，并对成型的块体依次进行冷等静压和烧结，得到热敏陶瓷材料。
步骤4、在热敏陶瓷材料的上表面和下表面均涂覆电极，并对涂覆电极的热敏陶瓷材料进行退火处理，得到热敏电阻材料，热敏电阻材料的化学组成体系为BaSm2-xTbxTi4O12，结构属于斜方晶系，空间群为Pbnm，0≤x≤0.3。
本发明采用固相法将钡、钐、铽和钛的氧化物进行混和研磨、煅烧、再研磨即得负温度系数的热敏电阻粉体材料，之后进行压块成型，再将成型的块体进行冷等静压、烧结，之后在正反两面涂覆电极获得热敏电阻材料，该热敏电阻材料为斜方钨青铜型BaSm2- xTbxTi4O12。采用本发明所述方法制备的斜方钨青铜型高温热敏电阻材料性能稳定、一致性好、阻温曲线线性度高，适合制造高温热敏电阻器。
在一个可选地实施例中，步骤1具体可以包括：
步骤1.1、按比例称取碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽。
步骤1.2、将碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽进行混合，得到混合后的原料。
步骤1.3、对混合后的原料研磨6-10h，得到第一粉体。
具体而言，将混合后的原料置于玛瑙研钵中研磨6-10h，得到第一粉体。
在一个可选地实施例中，步骤2具体可以包括：
步骤2.1、在1000-1200℃对第一粉体煅烧4-8h，得到煅烧后的第一粉体。
步骤2.2、对煅烧后的第一粉体研磨5-8h，得到第二粉体。
在一个可选地实施例中，步骤3具体可以包括：
步骤3.1、在14-16Kg/cm2的压力条件下，将第二粉体压块成型，得到成型的块体。
可选的，第二粉体压块的压块成型的时间为0.5-2min。
优选的，在15Kg/cm2的压力条件下，将第二粉体压块成型。
步骤3.2、在压强为250-350MPa下，对成型的块体进行冷等静压，得到静压后的块体。
可选的，成型的块体的冷等静压的时间为1-3min。
步骤3.3、在1300-1400℃下对静压后的块体进行烧结，得到热敏陶瓷材料。
可选的，静压后的块体的烧结的时间为4-h。
在一个可选地实施例中，步骤4具体可以包括：
步骤4.1、在热敏陶瓷材料的上表面和下表面均涂覆铂浆电极，得到涂覆电极的热敏陶瓷材料。
步骤4.2、对涂覆电极的热敏陶瓷材料进行退火，得到热敏电阻材料，热敏电阻材料在400-1100℃的温度范围内具有负温度系数特性，材料常数为B400℃/1100℃＝16411-17658K，温度在400℃下热敏电阻材料的电阻率为1.3×107 -3.4×107Ωcm。
具体而言，在800-1000℃下对所述涂覆电极的热敏陶瓷材料退火20-40分钟，得到所述热敏电阻材料。
例如，在900℃下对所述涂覆电极的热敏陶瓷材料退火30分钟，得到所述热敏电阻材料。
本发明从BaSm2Ti4O12的半导体特性出发，通过Tb4O7对BaSm2Ti4O12的钐位进行替位掺杂，用含有少量Tb4+离子的混合Tb3/4+离子取代Sm3+离子，从而制备得到了斜方钨青铜型BaSm2-xTbxTi4O12的高温热敏电阻材料，BaSm2-xTbxTi4O12的高温热敏电阻材料在400-1100℃的温度范围内具有负温度系数特性，材料常数为B400℃/1100℃＝16411-17658K，温度在400℃下热敏电阻材料的电阻率为1.3×107 -3.4×107Ωcm。本发明通过Tb4O7对BaSm2Ti4O12的钐位进行替位掺杂，调节了BaSm2Ti4O12热敏电阻材料的电学性能，从而制造不同电性能参数的高温热敏电阻器。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上还提供一种具体的Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法，该制备方法包括：
a、首先按BaSm2Ti4O12(x＝0)的组成，分别称取纯碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽进行混合，将混合的原料置于玛瑙研钵中研磨6小时，得到粉体。
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1000℃煅烧4小时，再研磨5小时后即得BaSm2Ti4O12粉体；
c、将步骤b得到的BaSm2Ti4O12粉体材料以15Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为0.5分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为250MPa下保压1分钟，然后于温度1300℃烧结4小时，制得高温热敏陶瓷材料；
d、将步骤c烧结的热敏陶瓷材料的正反两面涂覆铂浆电极，然后于900℃下退火30分钟，即可得到在400-1100℃温度范围内具有负温度系数特性，材料常数为B400℃/1100℃＝16411K，温度400℃电阻率为1.3×107Ωcm的高温热敏电阻材料。
实施例三
本实施例在实施例一的基础上还提供另一种具体的Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法，该制备方法包括：
a、按BaSm1.95Tb0.05Ti4O12(x＝0.05)的组成，分别称取碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽进行混合，将混合的原料置于玛瑙研钵中研磨7小时，得到粉体；
b、将步骤a中研磨好的BaSm195Tb005Ti4O12粉体在温度1125℃煅烧5小时，再研磨6小时后即得BaSm1.95Tb0.05Ti4O12粉体；
c、将步骤b得到的粉体材料以15Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为1分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300MPa下保压2分钟，然后于温度1325℃烧结5小时，制得高温热敏陶瓷材料；
d、将步骤c烧结的热敏陶瓷材料的正反两面涂覆铂浆电极，然后于温度900℃下退火30分钟，即可得到在400-1100℃温度范围内具有负温度系数特性，材料常数为B400℃/1100℃＝16913K，温度400℃电阻率为2.3×107Ωcm的高温热敏电阻材料。
实施例四
本实施例在实施例一的基础上还提供又一种具体的Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法，该制备方法包括：
a、按BaSm1.9Tb0.1Ti4O12(x＝0.1)的组成，分别称取碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽进行混合，将混合的原料置于玛瑙研钵中研磨8小时，得到粉体；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1150℃煅烧6小时，研磨7小时后即得BaSm1.9Tb0.1Ti4O12粉体；
c、将步骤b得到的BaSm1.9Tb0.1Ti4O12粉体材料以15Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为1分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300MPa下保压3分钟，然后于温度1350℃烧结6小时，制得高温热敏陶瓷材料；
d、将步骤c烧结的热敏陶瓷材料正反两面涂覆铂浆电极，然后于温度900℃下退火30分钟，即可得到在400-1100℃温度范围内具有负温度系数特性，材料常数为B400℃/1100℃＝17302K，温度400℃电阻率为2.7×107Ωcm的高温热敏电阻材料。
实施例五
本实施例在实施例一的基础上还提供再一种具体的Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法，该制备方法包括：
a、按BaSm1.8Tb0.2Ti4O12(x＝0.2)的组成，分别称取碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽进行混合，将混合的原料置于玛瑙研钵中研磨9小时，得到粉体；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1175℃煅烧7小时，研磨8小时后即得BaSm1.8Tb0.2Ti4O12粉体；
c、将步骤b得到的BaSm1.8Tb0.2Ti4O12粉体材料以15Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为1分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300MPa下保压3分钟，然后于温度1375℃烧结7小时，制得高温热敏陶瓷材料；
d、将步骤c烧结的热敏陶瓷材料的正反两面涂覆铂浆电极，然后于温度900℃下退火30分钟，即可得到在400-1100℃温度范围内具有负温度系数特性，材料常数为B400℃/1100℃＝17654K，温度400℃电阻率为3.2×107Ωcm的高温热敏电阻材料。
实施例六
本实施例在实施例一的基础上还提供再一种具体的Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法，该制备方法包括：
a、按BaSm1.7Tb0.3Ti4O12(x＝0.3)的组成，分别称取碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽进行混合，将混合的原料置于玛瑙研钵中研磨10小时，得到粉体；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1200℃煅烧8小时，研磨8小时后即得BaSm1.7Tb0.3Ti4O12粉体；
c、将步骤b得到的粉体材料以15Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为2分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为350MPa下保压3分钟，然后于温度1400℃烧结8小时，制得高温热敏陶瓷材料；
d、将步骤c烧结的热敏陶瓷材料的正反两面涂覆铂浆电极，然后于温度900℃下退火30分钟，即可得到在400-1100℃温度范围内具有负温度系数特性，材料常数为B400℃/1100℃＝17658K，温度400℃电阻率为3.4×107Ωcm的高温热敏电阻材料。
请参见图2和图3，图2中包括了本发明利用上述实施例的制备方法所制备的BaSm2Ti4O12、BaSm1.95Tb0.05Ti4O12、BaSm1.9Tb0.1Ti4O12、BaSm1.8Tb0.2Ti4O12、BaSm1.7Tb0.3Ti4O12热敏陶瓷材料的XRD图谱，图3中包括了本发明利用上述实施例的制备方法所制备的BaSm2Ti4O12、BaSm1.95Tb0.05Ti4O12、BaSm1.9Tb0.1Ti4O12、BaSm1.8Tb0.2Ti4O12、BaSm1.7Tb0.3Ti4O12热敏陶瓷材料的阻温曲线图。
实施例七
本发明在上述实施例的基础上还提供一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料，热敏电阻材料以碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽为原料，热敏电阻材料由上述任一项实施例所述的制备方法制备而成，热敏电阻材料的化学组成体系为BaSm2-xTbxTi4O12，结构属于斜方晶系，空间群为Pbnm，0≤x≤0.3。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下所进行的修改都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料，其特征在于，所述热敏电阻材料以碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽为原料，所述热敏电阻材料的化学组成体系为BaSm2- xTbxTi4O12，结构属于斜方晶系，空间群为Pbnm，0≤x≤0.3。
2.一种Tb掺杂钨青铜型的热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
按比例称取原料，将所述原料进行混合，并对混合后的原料进行研磨，得到第一粉体，所述原料包括碳酸钡、三氧化二钐、二氧化钛和七氧化四铽；
对所述第一粉体进行煅烧处理，并对煅烧后的第一粉体进行研磨，得到第二粉体；
将所述第二粉体压块成型，并对成型的块体依次进行冷等静压和烧结，得到热敏陶瓷材料；
在所述热敏陶瓷材料的上表面和下表面均涂覆电极，并对涂覆电极的热敏陶瓷材料进行退火处理，得到热敏电阻材料，所述热敏电阻材料的化学组成体系为BaSm2-xTbxTi4O12，结构属于斜方晶系，空间群为Pbnm，0≤x≤0.3。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，按比例称取原料，将所述原料进行混合，并对混合后的原料进行研磨，得到第一粉体，包括：
按比例称取所述碳酸钡、所述三氧化二钐、所述二氧化钛和所述七氧化四铽；
将所述碳酸钡、所述三氧化二钐、所述二氧化钛和所述七氧化四铽进行混合，得到所述混合后的原料；
对所述混合后的原料研磨6-10h，得到所述第一粉体。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，对所述第一粉体进行煅烧处理，并对煅烧后的第一粉体进行研磨，得到第二粉体，包括：
在1000-1200℃对所述第一粉体煅烧4-8h，得到所述煅烧后的第一粉体；
对所述煅烧后的第一粉体研磨5-8h，得到所述第二粉体。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，将所述第二粉体压块成型，并对成型的块体依次进行冷等静压和烧结，得到热敏陶瓷材料，包括：
在14-16Kg/cm2的压力条件下，将所述第二粉体压块成型，得到所述成型的块体；
在压强为250-350MPa下，对所述成型的块体进行冷等静压，得到静压后的块体；
在1300-1400℃下对所述静压后的块体进行烧结，得到所述热敏陶瓷材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二粉体压块的压块成型的时间为0.5-2min；
所述成型的块体的冷等静压的时间为1-3min；
所述静压后的块体的烧结的时间为4-h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述热敏陶瓷材料的上表面和下表面均涂覆电极，并对涂覆电极的热敏陶瓷材料进行退火处理，得到热敏电阻材料，包括：
在所述热敏陶瓷材料的上表面和下表面均涂覆铂浆电极，得到所述涂覆电极的热敏陶瓷材料；
对所述涂覆电极的热敏陶瓷材料进行退火，得到所述热敏电阻材料，所述热敏电阻材料在400-1100℃的温度范围内具有负温度系数特性，材料常数为B400℃/1100℃＝16411-17658K，温度在400℃下所述热敏电阻材料的电阻率为1.3×107-3.4×107Ωcm。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，对所述涂覆电极的热敏陶瓷材料进行退火，得到所述热敏电阻材料，包括：
在800-1000℃下对所述涂覆电极的热敏陶瓷材料退火20-40分钟，得到所述热敏电阻材料。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090258247A1 (en) * | 2008-04-11 | 2009-10-15 | Siemens Power Generation, Inc. | Anisotropic Soft Ceramics for Abradable Coatings in Gas Turbines |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090258247A1 (en) * | 2008-04-11 | 2009-10-15 | Siemens Power Generation, Inc. | Anisotropic Soft Ceramics for Abradable Coatings in Gas Turbines |
| CN111153694A (zh) * | 2020-01-06 | 2020-05-15 | 浙江嘉康电子股份有限公司 | 一种微波介质陶瓷材料及制备方法 |
| CN113004039A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-06-22 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 一种钨青铜型高温热敏电阻材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| RUIFENG WU, ET AL.: "New high temperature NTC Thermistors based on BaSm2Ti4O12 ceramics", 《MATERIALS LETTERS》, vol. 304, 12 August 2021 (2021-08-12), pages 130683, XP086774806, DOI: 10.1016/j.matlet.2021.130683 * |
| 李月明;张华;洪燕;王竹梅;沈宗洋;: "高介电常数微波介质陶瓷及其低温烧结的研究进展", 中国陶瓷工业, no. 05, 15 October 2010 (2010-10-15), pages 57 - 64 * |
| 赵丽娟: "《发光物理-分立发光中心的能级与发光》", 31 January 2021, 南开大学出版社, pages: 69 - 70 * |
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