纳米ZnO掺杂压敏电阻电位梯度与显微组织研究

在制备ZnO压敏电阻的原料中加入纳米级ZnO粉料，研究了纳米级粉料对ZnO压敏电阻的压敏电位梯度的影响，并对其微观组织进行了分析研究，从理论上探讨了纳米ZnO影响ZnO压敏电阻压敏电位梯度与组织的机理．研究结果表明，压敏电阻中加入纳米ZnO后，其压敏电位梯度显著提高，纳米ZnO(质量分数)在0-30%的成分范围内，随着纳米ZnO含量的增加，ZnO压敏电阻的压敏电位梯度明显提高．其原因是纳米ZnO加入到ZnO压敏电阻中，使晶粒尺寸减小所致．     

硼硅玻璃掺杂对ZnO压敏电阻器电性能的影响

研究结果表明 ,硼硅玻璃料的掺入超过一定量时会使压敏电场上升。当玻璃料含量占初始配方总质量的 5 %时 ,压敏电场最小 ,非线性系数最小 ,漏电流最大 ;当玻璃料含量占 5 %～ 10 %时 ,随玻璃料掺入量的增加 ,非线性系数明显上升 ,漏电流迅速减小 ,压敏电场迅速上升。     

Na掺杂对ZnO压敏材料电学性能的影响

研究了Na2CO3对ZnO压敏材料电学性能的影响。当掺入的Na2CO3之摩尔分数x从0增加到0.2%时,ZnO压敏材料的击穿电压从209 V/mm增加到934 V/mm,1 kHz时的相对介电常数从1 158降到57。晶界势垒高度测量表明:在实验范围内,Na对势垒高度的影响较小。ZnO晶粒的变小是压敏电压急剧升高和介电常数减小的主要原因。对Na2CO3掺杂量的增加引起ZnO晶粒减小的原因进行了解释。     

MgSiO3掺杂对ZnO压敏电阻器电学性质的影响

采用传统陶瓷工艺制备了MgSiO3掺杂的防雷用ZnO压敏电阻。实验发现,掺杂0.04%的MgSiO3(物质的量)能显著提高其电流–电压非线性、通流能力和电压梯度E1.0,且能降低样品的漏电流IL以及残压比V40kA/V1mA。其非线性系数α和压敏电压梯度分别高达120,180V/mm,样品正反面各五次通流40kA、8/20μs波后,残压比和压敏电压变化率?V1mA/V1mA分别仅为2.56和–2.9%,且漏电流变化很小。对样品的微观结构分析显示,其电学性能的提高和晶粒的均匀程度有关。     

元素V掺杂对ZnO压敏效应的影响机理研究

研究了掺杂不同V_2O_5对ZnO陶瓷压敏特性的影响.实验表明,ZnO压敏电压随V元素掺杂量增加而随之升高,非线性系数随元素V掺杂量增加而先增大后减小,漏电流先减小后增大.分析认为,V元素掺杂对ZnO压敏材料电性能的影响不仅与电子的能级有关,与其自旋特性也紧密相关.ZnO陶瓷中掺杂的V元素在晶界偏析,其V元素都会产生局域磁矩,会对与其取向不同的自旋电子产生强的散射,这样可增大ZnO压敏陶瓷电阻率,使晶界产生非线性特性.     

乳胶体系流延片叠层制备ZnO压敏陶瓷材料研究

以水性乳胶作为粘结剂,利用水基流延工艺成功制备出强度高、韧性好、结构均匀、可在室温下叠层的ZnO生带材料;借用乳胶粘结剂对压力敏感的胶粘特性,室温下叠层制备了多层片式ZnO压敏材料坯体,烧结后该坯体的相对密度最大可到达99.58%,压敏场强随着烧结温度的升高而下降,漏电流最小为0.3μA,明显优于干压工艺制备的ZnO材料的烧结性能和压敏性能.     

Nb_2O_5掺杂量对ZnO压敏电阻器性能的影响

通过掺杂微量Nb2O5制备了ZnO压敏电阻器,运用扫描电子显微镜(SEM)和电性能测试手段分析了Nb2O5掺杂对ZnO压敏电阻器微观结构和电性能的影响,测量了晶界势垒高度φH,并探讨了其对ZnO压敏电阻器性能的影响。结果表明:掺杂适量的Nb2O5可以明显改善ZnO压敏电阻器的微观结构和电性能;当Nb2O5的掺杂量为摩尔分数0.10%时,所制ZnO压敏电阻器的晶粒尺寸最大,且压敏电压V1mA、非线性系数α和φH值分别为174V,30和0.463 eV。     

梯度ZnO低压压敏陶瓷的研制

采用材料梯度化设计思路,将传统电子陶瓷工艺的单层装料一次干压成型工序改进为逐层装料一次干压成型工序。沿着实现ZnO压敏陶瓷低压化的主要途径:减小ZnO压敏电阻器瓷片的厚度和增大ZnO平均晶粒尺寸,在烧结温度1 100℃下,制备出电学性能理想的梯度ZnO低压压敏陶瓷。该陶瓷的压敏电压为8 V/mm,非线性系数为19,漏电流为13μA;其克服了瓷片机械强度劣化及能量耐受能力下降的缺陷。该制备工艺简单,为ZnO压敏电阻器的低压化提供了新方案。     

环形SrTiO_3双功能元件的焊锡和通流能力研究

采用固相合成法,研究了SiO2含量和收缩温度对环形SrTiO3压敏元件微观组织、气孔率的影响。结果表明:元件在1050℃时开始收缩;通过SEM分析,发现随着SiO2含量的增加,元件的气孔率有减少趋势;当x(SiO2)为0.05%～0.10%时,可以获得良好的微观组织。通过改进工艺参数制备压敏元件。焊锡并通100mA电流后,压敏电压的变化率ΔV·V–110mA为0.95%～3.60%,电容变化率ΔC·C–1为9.6%～16.4%。     

Cr、Co、Mn磁性对ZnO压敏特性影响的机理研究

研究了不同浓度Cr、Co和Mn的掺杂对ZnO-PbO-B2O3陶瓷压敏特性的影响.实验表明,ZnO平均晶粒尺寸随各元素掺杂量增加而逐渐变大,压敏电压也随之升高,非线性系数随各元素掺杂量增加而先增大后减小,漏电流先减小后增大.分析认为,过渡族金属元素掺杂对ZnO压敏材料电性能的影响不仅与电子的能级有关,与其自旋特性也紧密相连.ZnO中掺杂的Cr、Mn、Co元素随机取代其中的部分Zn原子后,Cr2+、Mn2+、Co2+在ZnO中产生局域磁矩,会对与其取向不同的自旋电子产生强的散射,这样可增大ZnO陶瓷电阻率和提高其非线性特性.     

Bi_2O_3和Sb_2O_3的预复合对ZnO压敏电阻性能的影响

采用固相法对Bi2O3和Sb2O3进行了预复合,并研究了不同比例的Bi2O3与Sb2O3预复合对ZnO压敏电阻致密度,晶粒结构和电学性能的影响。结果表明:当Bi2O3与Sb2O3的摩尔比为0.7:1.0时,ZnO压敏电阻的综合性能最优,其晶粒生长得最为均匀致密,电位梯度达到361V/mm,非线性系数为86,漏电流密度为7×10–8A/cm2;另外,在耐受5kA电流下的8/20μs脉冲电流波后,其残压比和压敏电压变化率分别为2.6和2.5%。     

激光冲击波对ZnO压敏陶瓷电学性能的影响

为了研究激光冲击处理对ZnO压敏陶瓷电学性能的影响,采用Nd:YAG激光器对ZnO压敏陶瓷进行激光冲击处理,利用压敏电阻直流参量仪（CJ1001型）测量材料电学参量和X射线衍射仪、电子扫描显微镜表征相组成及微观形貌,取得了激光冲击处理前后ZnO压敏陶瓷电学性能的实验数据。结果表明,ZnO压敏陶瓷经激光冲击处理后,电位梯度降低了15.6%;非线性系数大幅提高了43.4%;漏电流降低了50%;同时,ZnO压敏陶瓷相组成除高温烧结态(包括ZnO主晶相、Zn2.33Sb0.67O4尖晶石相以及-Bi2O3相)外,而还出现了新相-Bi2O3相。新相的出现是材料电学性能变化的根本原因。     

掺杂La2O_3的ZnO-Pr_6O_(11)系压敏陶瓷材料

研究了掺杂La2O3对ZnO-Pr6O11系压敏陶瓷的电性能和衰变特性的影响。试验结果表明:随La2O3添加量的增加,压敏电压(V1mA)和非线性系数(α)增加,漏电流(IL)减少。掺杂La2O3的ZnO-Pr6O11系压敏陶瓷性能稳定,具有良好的抗老化作用。     

Y~(3+)掺杂ZnO压敏陶瓷的微结构和电性能研究

采用两步烧结法制备了Y3+掺杂的(以Y(NO3)3·6H2O形式加入)ZnO压敏陶瓷,通过XRD、SEM和EDX系统研究了Y3+掺杂量对ZnO压敏陶瓷微结构和电性能的影响。结果表明:随着Y3+掺杂量的增加,电位梯度VT和非线性系数α提高,晶粒尺寸减小,施主浓度Nd和晶界态密度Ns降低,势垒宽度ω增大。当掺杂的x[Y(NO3)3·6H2O]为1.2%、烧结温度为1100℃时,ZnO压敏陶瓷电性能最好,其VT为675V/mm,α为63.9,漏电流IL为2.40μA。     

Co3O4在压敏陶瓷中的作用和影响

研究了Ｃｏ３Ｏ４在ＺｎＯ压敏陶瓷中的作用，以及它对电性能和微观结构的影响。Ｘ光衍射（ＸＲＤ）、扫描电镜（ＳＥＭ）和电子探针（ＥＰＭＡ）分析结果表明，在ＺｎＯ压敏陶瓷中Ｃｏ离子以Ｃｏ２＋的形式存在，多数Ｃｏ离子已溶入ＺｎＯ晶粒中，形成替位或填隙缺陷，但它基本上不影响ＺｎＯ晶粒的生长。电性能测试结果表明，适当的氧化钻含量能提高ＺｎＯ压敏陶瓷的非线性系数和通流能力，并能降低漏电流和限制电压，然而过多的氧化钻则会对回升区大电流特性带来损害．此论点至今在国内外尚未见到类似的报道。     

ZnO压敏电阻器性能的改进

为了提高ZnO压敏电阻器的性能,采用共沉淀法制得含五种添加剂的复合添加剂。用该复合添加剂、ZnO、Sb2O3及Al(NO3)3溶液混合球磨后的粉体制成氧化锌压敏电阻器。通过TEM和粒度测试,分析了复合添加剂的尺寸和微观结构,并对电阻器的性能进行了测试。结果表明:采用化学共沉淀方法制备的复合添加剂粉体粒径小,活性大。用该添加剂制备的氧化锌压敏电阻器的通流能力,较传统工艺提高35%,其漏电流约为0.1μA,非线性系数为53。     

ZnO压敏陶瓷的PVA系水基流延成型工艺及其性能

采用聚乙烯醇(PVA)系水基流延成型工艺制备了ZnO压敏陶瓷的水基流延膜。用粒度分析、粘度测量和动态机械热分析等方法研究了各组分对水基流延浆料性能的影响,用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了水基流延膜的微观结构和物相组成。结果表明:在浆料质量比(陶瓷粉体:去离子水:分散剂:粘结剂:增塑剂:表面活性剂)=100:84.6:1:6:5.4:3时,所制水基流延膜无缺陷且微观结构均匀;另外,该流延膜经900℃烧结后具有良好的电性能:电压梯度E1mA=112.4 V/mm,非线性系数=34.6,漏电流密度JL=0.5×10–6A/cm2。     

(Nb,Mg,Al)多元掺杂对ZnO压敏材料电学性质的影响

研究了(Nb,Mg,Al)多元掺杂对ZnO压敏材料电学性能的影响。施主Nb离子的掺杂显著提高了压敏电阻的势垒高度,这与它能提供晶界势垒形成所必需的正电荷和负电荷直接相关。小半径离子Mg和Al易于处在ZnO的填隙位置,适量的掺杂也能提高晶界势垒高度,这与处在填隙位置的金属离子能提供正电荷和负电荷有关。而且填隙掺杂还能有效地改善陶瓷的致密度和均匀度,从而降低了ZnO压敏电阻漏电流、残压比和提高了非线性。(Nb,Mg,Al) 多元掺杂的ZnO压敏电阻的漏电流、残压比和非线性系数分别达到了 0.3 mA、V40kA/V1mA 2.5和a 110。     

大通流高电压高α值ZnO压敏电阻器

研究了 Zn O压敏电阻器的通流量、非线性系数α值及压敏电压与粉料粒径和 Sb2 O3含量的关系。研究结果表明 ,适当添加 Sb2 O3,将粉料超细粉碎 ,可以制成通流量 4× 10 3A/ cm2、α值 110、压敏电压 380 V/ mm的 Zn O压敏电阻器。     

ZnO压敏元件雷电流冲击试验残压波形分析

研究了ZnO压敏元件在8/20 ms雷电波冲击试验时的残压波形。实验观察到残压波波前尖峰来源于所采用的放电回路触发元件——铜球间隙;在RLC回路临界点附近,随着冲击电流峰值的增大,残压波波尾从非振荡衰减过渡到大幅度的过零振荡;残压波峰值超前于电流波峰值,说明ZnO压敏元件在冲击电流作用下呈现出电感性,且放电电流越大,呈现的电感性越大;元件厚度越大,呈现的电感性也越大。