文 献 综 述

引言
从二十一世纪以来，高分子材料在电子、能源、生物、化工、机械等领域广泛应用，而且向多功能化方向发展，越来越多的学者机构对其进行深入的探讨研究，慢慢形成了一个独立的学科领域，并对所应用的许多领域产生了深远的影响。

1. PTC材料研究历史

1.1 PTC材料定义与历史

正温度系数材料（PTC，Positive Temperature Coeicient），是电阻随温度变化而呈现非线性变化，并且沿着特定的变换曲线进行自我调节，在特定温度范围内电阻率可以在瞬间跃升 4-10 个数量级，完成由导电材料或半导电材料向绝缘材料的转变的材料。由于其具有这种特殊的温度响应能力，所以自带开关效应，可以作为一种新型过流保护元件，从而受到各个领域的欢迎^[1]。

PTC材料首次发现是在1955 年荷兰菲利浦公司的海曼等人发现在BaTiO3 陶瓷中加入微量的稀土元素后, 其室温电阻率大幅度下降, 在某一很窄的温度范围内其电阻率可以升高三个数量级以上, 首先发现了PTC 材料的特性^[2]。在随后的40多年, 各国对PTC 材料的研究取得了重大的突破, PTC材料的理论日趋成熟, 应用范围也不断扩大。其中, 以掺杂BaTiO3 为主的晶相的PTC 陶瓷是最常用的PTC 材料, 近年来还出现了许多新型PTC 材料, 如复合、有机PTC 等。我国对PTC 材料的研究开始于60 年代初, 随着研究的深入, PTC 材料已广范使用。PTC 材料通常分为陶瓷 PTC 材料和聚合物 PTC 材料两大类^[3]。陶瓷类 PTC 材料用途十分广泛，但因其性质脆,难溶难熔、加工困难,制造成本高等缺点限制了其进一步开发与应用。聚合物 PTC 材料相比陶瓷基 PTC 材料具有原料易得、价格便宜、质量轻、易于加工制备、室温电阻率低等优点，同时又兼具高分子材料的许多优异性能，因此日益受到人们的广泛关注。利用 PTC 导电复合材料的电阻对温度依赖性及在一狭小的温度范围内可以使导体-绝缘体之间发生相互转变的特性，工业上研制开发出了自限温加热器、热敏传感器、过电流保护元件等工业材料，用于工业伴热、电器电子原件、航空航天等多领域，并成为智能材料中的研究热点问题^[4]。

1.2 PTC材料解释模型

人们为合理地解释和描述高分子PTC材料的阻-温现象,提出了多种的理论和模型,其中有影响的主要为导电链与热膨胀理论、隧道导电理论、聚集态结构变化及炭粒迁移理论、欧姆导电理论等。然而实际上高分子PTC材料的阻-温现象十分复杂多变^[5]。过去的理论在解释其它阻-温现象就遇到了困难^[6]。另外,随着实验的发展不断有一些与以往理论相矛盾的新实验现象被发现。此外高分子PTC材料在升温过程中随着温度的上升电阻增大,出现PTC现象; 当温度超过熔点,电阻急剧下降,出现负温度系数( NTC)现象。这些都是与过去理论解释相悖的，急需新的理论补充。

1.3 PTC材料组成及其影响因素

在导电高分子材料中一般以导电粒子作为导电填料，高分子作为基体。导电填料一般有碳类(CB、石墨、CF等^[7])和过渡金属（包括过渡金属的氧化物）两类。