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ZnOバリスター系PTCサーミスタの導電特性 CRL ・目的 複合材料(Composite Materials)では、２種以上の互いに異なる材料要素を組み合わせ、個々の要素に無かった特性を生み出すこと ができる。本研究では導電体－絶縁体コンポジットによるPTCサーミスタに関し、バリスター特性を有する材料をフィラーとして用 いることにより、PTC特性を電圧によりチューニングできる新しい材料の開発を試みた。また、コンポジット自体の電気抵抗を下げ るため、シリコーンゴムにカーボンを添加しその効果も検討した. ・ PTC Thermistor（導電体と高膨張のポリマーの複合化による） ・Varistor ceramic （粒と流会の性質を利用） PTC ( Positive Temperature Coefficient ) とは、温度の上昇に 対して電気抵抗値が急激に増加する抵抗-温度特性を有する。 Percolation Curve バリスター（Variable Resisterの略語）は、印加電圧がある一 定以上になると、電流が急に流れ出す、非直線的な電圧－電流特 性を示す性質をもつ。 Varistor effect PTC effect 絶縁性マトリックス 導電性粒子 Current(A) Resistivity -+ 導電パス - + - + - + - + - + - + ferroelectric ceramics saturated region Vc ZnO-Bi2O3系バリスター Voltage(V) Conductive filler(vol.%) Composite Materials ・ZnO + Silicone rubber Composite ・実験方法 10V/cm 106 ZnO varistor filler Carbon-loaded Silicone rubber 104 〔particle size: 250～500μｍ〕 30 40 50 60150V/cm 70 1010 Curing at room temperature for 12 hours Composite 8×8×4 mm 1099 1088 1077 1066 40vol% 54vol% 65vol% 1055 1033 101010 1099 1088 1077 50V/cm 100V/cm 150V/cm 300V/cm 1066 1055 1044 1033 0 50 100 150 0 50 Temperature / ℃ 104 50 60 70 100 150 Temperature / ℃ 電圧変化による温度依存性 フィラー量による温度依存性 40 30 under 100MPa for 1h 101111 101010 106 with 1.5wt% hardener in acetone CIP 101212 101111 1044 108 Mixing 101212 Electrical resistivity / Ω･cm 108 Electrical resistivity / Ω･cm 1010 80 コンポジットのパーコレーションカーブ SEM two-probe method by a DC power supply (0～100V） I－V characteristics temperature dependence of resistivity 4wt% 0 5 10 15 20 Acetylene Black filler (wt%) シリコーンゴム＋カーボン パーコレーションカーブ 1011 1010 109 108 107 106 105 104 103 1011 1010 109 108 107 106 105 104 103 10V/cm 150V/cm 1011 Electrical resistivity (Ω・cm) Measurement with Ag paste 1011 101０ 10９ 10８ 10７ 10６ 10５ 10４ 10３ 102 101 100 Electrical resistivity (Ω・cm) Electroding Electrical resistivity (Ω・cm) ・ZnO + Silicone rubber + Carbon Composite 1010 109 108 37.5vol.% 107 44.4vol.% 106 60.0vol.% 105 104 103 0 0 50 100 50 100 Temperature (℃) 150 150 ZnO-varistor particle filler (vol.%) フィラー量による温度依存性 コンポジットのパーコレーションカーブ カーボンの添加により電気抵抗の低下、またフィラーの添加量の削減することが可能になった。 Nagoya Institute of Technology Ceramics Research Laboratory