專利名稱：熱敏電阻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱敏電阻，尤其涉及一種既具有PTC特性又具有NTC特性的熱敏 電阻。
背景技術(shù)：
熱敏電阻是一種電阻隨溫度的變化而變化的電阻。熱敏電阻可以根據(jù)其電阻 與溫度的變化關(guān)系分為兩種。電阻隨溫度的上升而急劇增加的特性的稱為正溫度系數(shù) (Positive Temperature Coefficient, PTC)特性，具有這種特性的熱敏電阻簡稱為PTC 熱敏電阻；電阻隨溫度的上升而急劇下降的特性稱為負(fù)溫度系數(shù)(Negative Temperature Coefficient, NTC)特性，具有這種特性的熱敏電阻簡稱為NTC熱敏電阻。所述熱敏電阻可 由導(dǎo)電填料填充于聚合物中組成。 中國科學(xué)院金屬研究所于2005年12月14日申請(qǐng)，于2007年6月20日公開的公 開號(hào)為CN1982370A的專利申請(qǐng)，揭露了一種熱敏電阻。該專利申請(qǐng)通過于該高熔點(diǎn)的結(jié)晶 性聚合物中添加納米碳材料，如碳納米管、碳纖維等，來制備納米熱敏電阻，其為PTC熱敏 電阻。 中國科學(xué)院金屬研究所于2004年5月26日申請(qǐng)，于2007年7月25日公告的公 告號(hào)為CN1328309C的專利，揭示了一種具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的熱敏電阻及其制備方法，該 材料由導(dǎo)電填料和高密度聚乙烯構(gòu)成，所述導(dǎo)電填料包括單壁碳納米管、多壁碳納米管、納 米碳纖維或者其復(fù)合物，該材料為PTC熱敏電阻。 在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要一種既具有PTC特性又具有NTC特性的熱敏電阻，用該材 料做成的元件既具有溫度調(diào)節(jié)功能，又具有高溫限制功能。然而傳統(tǒng)上同時(shí)具有PTC特性 又具有NTC特性的熱敏為將一個(gè)PTC材料與一個(gè)NTC材料粘合而成，從而使其成為一具有 雙重功能的過電流保護(hù)元件。但由于該材料由兩種材料粘合而成，其穩(wěn)定性較差，不利于實(shí) 際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種有利于應(yīng)用的既具有PTC特性又具有NTC特性的熱 敏電阻。 —種熱敏電阻，其包括一硅橡膠基體以及多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管在該硅 橡膠基體中均勻分散且相互搭接并形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述熱敏電阻具有以下優(yōu)點(diǎn)由于該熱敏電阻的基體為硅橡 膠，硅橡膠具有較高的彈性以及較高的體積膨脹率，因此使得熱敏電阻的使用溫度范圍較 寬，可在20攝氏度到200攝氏度內(nèi)使用。該熱敏電阻，由于采用碳納米管與硅橡膠復(fù)合而 成，相較與兩種材料粘合而成的熱敏電阻，其穩(wěn)定性好，有利于實(shí)際應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的熱敏電阻的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的熱敏電阻的電阻_溫度曲線。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的熱敏電阻。 請(qǐng)參見圖l，本發(fā)明實(shí)施例提供一種熱敏電阻20，其包括一硅橡膠基體22，以及分 散在所述硅橡膠基體22中的多個(gè)碳納米管24。所述多個(gè)碳納米管24在所述硅橡膠基體 22中均勻分布、無序排列、且相互搭接，從而在所述硅橡膠基體22中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。該熱敏 電阻，由于采用碳納米管與硅橡膠復(fù)合而成，相較與兩種材料粘合而成的熱敏電阻，其穩(wěn)定 性好，有利于實(shí)際應(yīng)用。 所述硅橡膠基體22在所述熱敏電阻20中的質(zhì)量百分比含量大于等于85%。
所述碳納米管24在所述熱敏電阻20中的質(zhì)量百分比含量大于等于1%且小于等 于15%。為確保碳納米管24在所述熱敏電阻20中能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，所述碳納米管24的長 度為1 20微米。優(yōu)選地，所述碳納米管24的重量百分比含量為整個(gè)熱敏電阻20的2% 15%。所述碳納米管24可為單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或任意 組合。單壁碳納米管的直徑為0. 5納米 50納米，雙壁碳納米管的直徑為1. 0納米 50 納米，多壁碳納米管的直徑為1.5納米 50納米。本實(shí)施例中，所述碳納米管24為多壁碳 納米管，所述碳納米管24的長度為1 10微米。硅橡膠基體22在熱敏電阻20中的質(zhì)量 百分含量為95%。碳納米管24在整個(gè)熱敏電阻20中的質(zhì)量百分比含量為5%。
由于硅橡膠基體22具有較高的柔韌性及較高的膨脹率，且該熱敏電阻20中均勻 分散有大量碳納米管24。該熱敏電阻20被加熱，其溫度迅速上升過程中，該熱敏電阻20體 積隨溫度的升高有較大的膨脹，體積膨脹率為1% 8%。從而可以快速的改變?cè)摕崦綦娮?20中的碳納米管24組成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，從而使得該熱敏電阻20的電阻隨溫度的改變 而改變。 本發(fā)明提供的熱敏電阻20，電阻隨溫度的變化可以分為兩個(gè)階段第一個(gè)階段是 在溫度低于一臨界溫度時(shí)，該熱敏電阻20的電阻隨溫度升高而下降，從而呈現(xiàn)出NTC特性； 第二個(gè)階段是在溫度高于臨界溫度時(shí)，該熱敏電阻20的電阻隨溫度升高而增大，從而呈現(xiàn) 出PTC特性。本發(fā)明提供的熱敏電阻20，由于其硅橡膠基體22具有較高的柔韌性及較高的 膨脹率，從而使得該該熱敏電阻20隨溫度的變化分為兩個(gè)階段， 一個(gè)NTC階段， 一個(gè)PTC階 段。因此該熱敏電阻20具有更好的應(yīng)用。 請(qǐng)參見圖2，圖2為本實(shí)施例所述熱敏電阻20的電阻-溫度特性曲線。從該圖可 以看出，該熱敏電阻20的電阻-溫度特性曲線呈"V"型，該熱敏電阻20可以在20攝氏度 至200攝氏度范圍內(nèi)使用。 本實(shí)施例熱敏電阻20的電阻-溫度的變化關(guān)系可以分為兩個(gè)階段
第一階段，在20攝氏度到110攝氏度范圍內(nèi)，該熱敏電阻20的電阻隨著溫度的升 高而減小，其原因在于該熱敏電阻20的硅橡膠基體22受熱體積膨脹。 一方面，由于碳納米 管24的長徑比很大，該熱敏電阻20中的碳納米管24可以看作柔性巻曲的長鏈。因此，在 低溫時(shí)較弱的體積膨脹不會(huì)破壞該熱敏電阻中20的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，相反地，會(huì)使碳納米管24長鏈在溫度和體積效應(yīng)共同作用下松弛，使得長鏈之間進(jìn)一步相互搭接，使得導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)相互
連接更加緊密，從而整體提高該熱敏電阻20的導(dǎo)電性，使得熱敏電阻20的電阻隨其溫度上
升而下降。另一方面，升溫過程中，巻曲的碳納米管24伸長，也相當(dāng)于導(dǎo)電通路增加，從而
使得熱敏電阻20的電阻降低。另外，由于碳納米管24由石墨片層巻曲而成，片層內(nèi)電子運(yùn)
動(dòng)較容易，而片層與片層間電子的運(yùn)動(dòng)能力相對(duì)較弱。隨溫度升高，片層間電子運(yùn)動(dòng)能力增
強(qiáng)，該熱敏電阻20的電阻降低。此時(shí)該熱敏電阻20呈現(xiàn)出NTC特性。 第二階段，在110攝氏度到200攝氏度范圍內(nèi)，隨著溫度的進(jìn)一步升高，硅橡膠基
體22的膨脹過大從而破壞了該熱敏電阻20導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間的電連接，從而使得該熱敏電阻
20的電阻隨其溫度的上升而上升，此時(shí)該熱敏電阻20呈現(xiàn)出PTC特性。 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的熱敏電阻20同時(shí)具有PTC特性和NTC特性，其應(yīng)用溫
度范圍較寬，可在20攝氏度到200攝氏度內(nèi)使用。該熱敏電阻20的電阻-溫度特性只存
在兩個(gè)階段， 一個(gè)NTC特性階段和一個(gè)PTC特性階段。由本發(fā)明熱敏電阻20做成的元件，
同時(shí)具有電源沖擊電流的抑制和異常過電流保護(hù)的雙重功能，因而可應(yīng)用于各種特殊電源
保護(hù)電路當(dāng)中。 由該熱敏電阻20做成的元件，在使用時(shí)，首先可以起到抗電源沖擊電流的作用。 一些電器在開啟時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，有可能會(huì)損害電器。應(yīng)用由該熱敏電阻20做 成的元件初始電阻較高，可以抗擊沖擊電流。由于沖擊電流的作用，元件的溫度升高，這時(shí) 元件的電阻隨溫度升高而下降，當(dāng)沖擊電流消失時(shí)，電路的電阻為正常值，此時(shí)電路正常工 作。若該電路再有過大電流通過時(shí)，該元件的溫度升高，其電阻增加，從而電路的總電阻升 高，導(dǎo)致整個(gè)電路的電流下降，從而起到保護(hù)電路的作用。在該熱敏電阻20應(yīng)用于過電流 保護(hù)時(shí)，由于在PTC特性階段其電阻不會(huì)突然下降，從而避免了電路中電流的突然增大，不 會(huì)損壞電路。因此該熱敏電阻20有利于應(yīng)用。熱敏電阻20電阻最小時(shí)，該熱敏電阻20的 溫度為所述電路正常工作時(shí)所述元件的溫度。 另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明 精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種熱敏電阻，其特征在于，其包括一硅橡膠基體以及多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管在該硅橡膠基體中均勻分散且相互搭接并形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
2. 如權(quán)利要求1所述的熱敏電阻，其特征在于，所述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳 納米管以及多壁碳納米管中的一種或其任意組合。
3. 如權(quán)利要求1所述的熱敏電阻，所述碳納米管的長度為1 20微米。
4. 如權(quán)利要求3所述的熱敏電阻，所述碳納米管的長度為1 10微米。
5. 如權(quán)利要求1所述的熱敏電阻，其特征在于，所述碳納米管在所述熱敏電阻中的質(zhì) 量百分含量大于等于1%且小于等于15%。
6. 如權(quán)利要求1所述的熱敏電阻，其特征在于，所述熱敏電阻的體積膨脹率大于等于 1%且小于等于8%。
7. 如權(quán)利要求l所述的熱敏電阻，其特征在于，該熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線為"V"型，其電阻-溫度變化分為兩個(gè)階段第一個(gè)階段，其電阻隨溫度的升高而降低；第二個(gè)階段，其電阻隨溫度的升高而升高。
8. 如權(quán)利要求1所述的熱敏電阻，其特征在于，該熱敏電阻的應(yīng)用溫度范圍在20攝氏 度至200攝氏度范圍內(nèi)。
9. 如權(quán)利要求8所述的熱敏電阻，其特征在于，在20攝氏度至110攝氏度范圍內(nèi)，電阻 隨溫度升高而減小；在110攝氏度至200攝氏度范圍內(nèi)，電阻隨溫度升高而增加。
10. —種如權(quán)利要求1所述的熱敏電阻的使用方法，采用以下方式實(shí)現(xiàn)將該熱敏電阻 接入一電路，以使當(dāng)電路中有存在電源沖擊電流時(shí)，電源沖擊電流通過該熱敏電阻，使其溫 度升高，這時(shí)該熱敏電阻的電阻隨溫度升高而下降，當(dāng)沖擊電流消失時(shí)，電路的電阻降低為 正常，從而電路正常工作；若該電路中有過大電流通過時(shí)，該熱敏電阻溫度升高，其電阻增 加，從而電路的總電阻升高，導(dǎo)致整個(gè)電路的電流下降，從而保護(hù)該電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱敏電阻，其包括一硅橡膠基體以及多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管在該硅橡膠基體中均勻分散并相互搭接形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。該熱敏電阻既具有NTC特性又具有PTC特性，具有電源沖擊電流的抑制和異常過電流保護(hù)的雙重功能，可應(yīng)用于特殊的電路中。
文檔編號(hào)H01C7/00GK101714438SQ20091012997
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者劉長洪, 范守善, 陳魯倬 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司