压敏陶瓷-硅橡胶复合材料的非线性压敏介电特性

开展兼具非线性电导和介电特性的复合材料的理论基础和应用研究,有助于更有效、广泛地解决高电压等级电力系统绝缘设备或部件电场分布不均匀的难题。为此,制备了ZnO压敏陶瓷-硅橡胶复合材料并测量了其非线性压敏介电特性。结果表明:制备的复合材料具有良好的分散性和非线性电导及介电特性;当ZnO压敏陶瓷填料体积分数10%时,复合材料可以表现出明显的非线性介电特性,可以起到更显著的电场均匀作用;当ZnO压敏陶瓷填料体积分数20%时,复合材料呈现出明显的非线性电导特性,电导非线性系数可以达到10以上,当电场强度超过压敏电压梯度时电导率可以提高100倍以上,而电场强度达到1.5倍压敏电压梯度时,可在对不均匀电场起抑制作用的同时,避免较大的损耗。     

氧化锌压敏陶瓷伏安特性的微观解析

为从微观层面上解析ZnO压敏陶瓷MOV的宏观伏安特性,根据电镜和深能级瞬态谱(DLTS)的观测结果,结合试验实测几种规格MOV小电流和大电流下的试验数据,建立ZnO在小电流区和大电流区的微观集中参数等效电路模型,然后依据晶界势垒、电子陷阱等理论,微观解析了各区的导电特性。结果表明:随着外施电压的增加,电子的穿透能力不断增强,使ZnO在小电流区晶界层的非线性微观等效电阻不断增大,它与纯ZnO晶粒层的线性电阻共同作用使ZnO小电流区伏安特性呈现出3个不同的特性宏观区域即预击穿区、击穿区和回升区;随着外施瞬态冲击大电流幅值的加大,ZnO在大电流区微观等效电感值增加,使ZnO大电流区伏安特性宏观呈现缓慢上升区、快速上升区和迅速上翘区;晶界层厚度的不均匀性和晶界层中电子陷阱密度的差异性宏观表现为等效电阻的非线性变化,晶界层和纯ZnO晶粒层在小电流区和大电流区具有不同的微观作用机理使得ZnO压敏陶瓷在不同电流区呈现出不同的独特宏观伏安特性。     

Sb2O3掺杂对ZnO压敏陶瓷晶粒分布特性的影响

改善晶粒分布的均匀性是获得高性能ZnO压敏陶瓷的重要手段之一.本文主要从平均晶粒尺寸、晶粒分布均匀性以及晶粒形状等角度研究了不同Sb2O3掺杂含量的ZnO压敏陶瓷试样,并应用晶粒尺寸分布不均匀系数ε和形状参数k对晶粒进行量化.结果表明:随着Sb2O3掺杂量的增加,试样的平均晶粒尺寸ε以及k呈现减小的趋势,晶粒尺寸分布均匀性改善,晶粒形状由细长向规整发展,这些结果也可以很好地解释试样电性能得到改善的原因.分析认为Sb2O3掺杂后形成的尖晶石相抑制了晶粒的异向生长,使得晶粒尺寸减小,晶粒分布均匀性以及晶粒形状得到改善,而且尖晶石相对大晶粒区晶粒生长的抑制作用比小晶粒区弱.     

(V2O5,Ta2O5)双掺杂的WO3陶瓷的电学行为研究

用电子陶瓷工艺制备(V2O5,Ta2O5)双掺杂的WO3电子陶瓷,研究了(V2O5,Ta2O5)双掺杂对WO3陶瓷的微观结构与电学行为的影响。X射线衍射结果表明,(V2O5,Ta2O5)双掺杂能明显抑制WO3中三斜相的形成,使WO3陶瓷单相化。I-V特性测试表明,掺杂V2O5和Ta2O5后,陶瓷的压敏电压明显增大,非线性系数显著减小。     

室温无反应磁控溅射法制备ZAO导电薄膜及其特性研究

以氧化铝(Al2O3)掺杂的ZnO陶瓷靶材为基础,室温下采用无氧直流磁控溅射法在载玻片衬底上制备了ZnO∶Al(ZAO)透明导电薄膜,研究了不同的Al2O3掺杂量对薄膜微观结构、电阻率和透光率性能的影响。结果表明:掺杂量大于1%(质量分数,下同)的薄膜均呈c轴择优取向生长,薄膜致密无裂纹,具有光滑表面;掺杂量对薄膜的电阻率影响显著,当掺杂量为3%时,薄膜的电阻率最小,仅为7.4×10-3Ω.cm;掺杂量对薄膜的透光性无明显影响,不同掺杂量的薄膜在可见光区的平均透光率接近90%。     

微波烧结La掺杂CaCu3Ti4O12陶瓷的结构、介电和压敏性能

采用微波快速烧结法制备了La掺杂CaCu3Ti4O12致密陶瓷,研究了其结构、介电和压敏性能。所有Ca1-3x/2LaxCu3Ti4O12陶瓷均形成了CCTO晶相,但是La含量低于0.10时存在CuO第二相。随着La含量增加,Ca1-3x/2LaxCu3Ti4O12陶瓷介电常数随频率和温度变化越来越小;压敏电压逐渐增大,非线性系数也明显改善。其中La含量x=0.15时,Ca1-3x/2LaxCu3Ti4O12陶瓷具有良好的压敏性能:压敏电场强度为5.25 kV/cm,非线性系数为26.3。     

Y2O3掺杂ZnO-Bi2O3压敏瓷的显微组织和电性能

为了提高氧化锌压敏瓷的综合电性能,采用高能球磨制备Y2O3掺杂ZnO压敏瓷,通过扫描电镜和X射线衍射对其显微组织和相成分进行了分析,探讨了Y2O3对氧化锌压敏瓷电性能和显微组织影响机理。结果表明,Y2O3掺杂摩尔分数在0～1.00%时,压敏瓷的电位梯度为332～597V/mm,非线性系数为23.6～40.1,漏电流为0.06～0.90μA。当Y2O3掺杂摩尔分数为0.60%时氧化锌压敏瓷的综合电性能最好,压敏瓷电位梯度为482V/mm,非线性系数为35,漏电流为0.17μA。掺杂Y2O3使压敏瓷晶粒细化是由于Y2O3或者单独以Y2O3氧化物形式存在,钉扎在晶界,阻碍晶粒长大;或者与Bi2O3固溶形成含Y的富铋相,使Bi2O3促进晶粒生长的作用受到抑制。     

纳米掺杂SnO2的计算研究

采用Castap软件计算了Co以不同比例掺杂SnO2的电子结构,分析了掺杂及掺杂比例对改善SnO2导电性的作用,建立了纯SnO2计算模型。计算结果表明:纯SnO2是一种包含离子键的共价键直接禁带半导体;通过掺杂能够在一定程度上改变成键性质,使其具有金属键性质,从而提高SnO2导电性。其中,掺杂比率为5的价带到中间能级宽度最小,掺杂原子与其邻近原子的电荷重叠区更明显,系统电子共有化程度最高,费米能级处对电子态密度的贡献也最大,因此掺杂比率为5的导电性最好。     

纳米掺杂SnO2粉末材料的研究

研究了纳米掺杂氧化物SnO2对AgSnO2触头材料性能的影响。采用溶胶-凝胶法制备SnO2与各种掺杂氧化物(包括TiO2、ZnO、Sb2O3、CuO)的混合粉末。粉末的X射线分析(XRD)、透射电镜分析(TEM)表明：所得粉末为纳米级，且掺杂物离子能很好地进入到SnO2的品格中；对粉末进行的各项物理性能测试表明：SnO2粉末的性能，尤其是电性能有了明显的改善，这对后续制造新型的AgSnO2触头材料有重要意义。     

Sn1-xBixO2纳米粉体的制备及其表征

以SnCl4.5H2O和BiCl3为原料,采用化学共沉淀法制备了不同Bi掺杂量的SnO2纳米粉体,利用热重-差热(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的粉体进行了表征。结果表明,当Bi掺杂量低于30%时,SnO2纳米粉体的晶体结构保持为金红石四方相结构,Bi原子部分置换了Sn的位置;当掺杂量为30%时,开始形成杂质相BiOCl。掺杂Bi元素可细化SnO2纳米晶粒,经700℃焙烧后,未掺杂Bi元素的SnO2晶粒尺寸约为29 nm,而掺杂Bi元素的SnO2晶粒尺寸约为10 nm。此外,Bi元素的掺杂还可在一定程度上提高SnO2粉体的密度。