高电位梯度ZnO压敏电阻片的研究进展

从材料组成、显微结构控制和制备工艺等方面综述了国内外高电位梯度ZnO压敏电阻片的研究进展,并展望了提高ZnO压敏电阻片电位梯度和通流容量的途径.采用三价过渡金属离子掺杂、减小添加剂粉料颗粒粒度以及控制合理的烧成制度,能明显减小晶粒尺寸,降低气孔率,增加晶界数目,提高晶界势垒,从而有效提高ZnO压敏电阻片的电位梯度.     

稀土氧化物Pr2O3掺杂对高压ZnO压敏电阻性能的影响

采用低温固相化学反应法制备了Pr2O3掺杂的ZnO纳米复合粉体,并用此粉体在不同烧结温度下制备了高压ZnO压敏电阻.采用X射线衍射、比表面测试、透射电镜、扫描电镜等手段对制备的ZnO纳米复合粉体及高压ZnO压敏电阻进行了表征,并与未掺杂ZnO压敏电阻进行了对比研究,探讨了稀土氧化物Pr2O3掺杂对高压ZnO压敏电阻电性能的影响机制.结果表明:较低的烧结温度(1030～1130℃)时,掺杂的稀土氧化物Pr2O3偏析于ZnO晶界中,有活化晶界、促使晶粒生长的作用;同时,Pr2O3掺杂导致1080℃烧结的ZnO压敏陶瓷体中晶体相互交织形成晶界织构,比未掺杂的更均匀和致密,这有助于高压ZnO压敏电阻晶界性能的改善,从而提高其综合电性能.当烧结温度为1080℃时,Pr2O3掺杂的高压ZnO压敏电阻的综合电性能最佳:电位梯度为864.39 V/mm,非线性系数为28.75,漏电流为35 μA.     

低压ZnO压敏电阻材料研究及发展概况

概述了低压ZnO压敏电阻材料的制备工艺、应用技术、粉料制备,以及晶界特性、导电模型、老化机理的研究进展和研究中存在的问题,并对以后的发展方向进行了展望。着重讲述了掺杂物对烧结过程、晶粒生长和晶界结构的作用以及显微结构（晶粒大小及晶界状态）均匀性对电笥能和老化特性的影响,并提出了改善老化性能的关键措施。     

Sb掺杂对ZnO-V2O5多元系压敏电阻的影响

本文研究了V/Sb预合成粉、SbVO4和Sb2O3等三种不同形式的Sb掺杂对ZnO-V2O5基压敏陶瓷结构和性能的影响.化学计量比不变情况下,上述Sb掺杂方式的改变,使烧结过程中Sb3 离子在陶瓷样品中的浓度上升,促进Zn7Sb2O12型尖晶石相形成,材料晶粒随之细化.同时材料的压敏电压出现大幅上升,而非线性系数和漏电流密度受Sb掺杂形式的变化影响不大.Sb以V/Sb预合成粉进行掺杂可以获得较大尺寸的晶粒,有利于材料在低压方面的应用.     

退火温度对ZnO陶瓷薄膜低压压敏特性的影响

应用新型溶胶-凝胶法制备了ZnO陶瓷薄膜,研究了退火温度对ZnO陶瓷薄膜低压压敏电阻电性能的影响.结果表明,采用溶胶掺杂在550℃退火条件下可形成Zn7Sb2O12及ZnCr2O4相,且在退火温度范围内(550～950℃)基本上没有焦绿石相形成.当退火温度达到750℃以后,Sb2O3已全部转变为稳定性好的尖晶石相,同时存在Bi2O3、ZnO的挥发.采用适当的退火温度,可得到具有优良电性能的ZnO陶瓷薄膜低压压敏电阻,其压敏电压低于5 V,非线性系数可达20,漏电流密度小于0.5μA/mm2.     

过渡元素掺杂SnO2激光隐身材料的制备及应用研究

以SnO2为主要组成，通过掺杂CuO、Sb2O3、Ni2O3、ZnO等过渡金属元素，制备了具有优异激光吸收性能的材料，研究了掺杂量、合成温度对材料性能影响，确定了最佳的组成配比和合成温度。     

纳米SiO_2包覆提高填充方钴矿热电材料热稳定性

采用熔融结合放电等离子体烧结制备了单相Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12块体材料,并用湿化学包覆处理方法制备了纳米SiO2包覆的Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12/SiO2纳米复合材料,重点研究了两种(Ba,In)双原子填充方钴矿基块体材料在300~723~300K范围热循环2000次过程中其显微结构、化学成分和热电性能的演变特征.结果发现,纳米SiO2包覆可以显著提高(Ba,In)双原子填充方钴矿块体材料的热稳定性,单相Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12块体材料晶界处的显微结构和化学成分发生显著变化,Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12/SiO2纳米复合材料几乎没有影响,纳米SiO2起着稳定晶界和抑制晶内元素扩散与挥发的作用.热循环过程中,两种材料在300和500K时的综合热电性能ZT值相近,变化很小;800K时,单相块体材料的ZT值呈逐渐降低趋势,纳米复合材料由于受热导率的复杂变化影响其ZT值,随淬火次数增加而逐渐增大,淬火1800次时ZT值达到1.12,甚至高于未淬火的Ba0.3In0.2Co3.95Ni0.05Sb12/SiO2纳米复合材料(1.08)和淬火1800次后的单相Ba0.3In0.2Co3.95Ni0.05Sb12块体材料(1.10)的ZT值.     

TiO2压敏电阻的研究与应用

为了更好地研制和应用压敏电阻元件,介绍了TiO2压敏电阻的基本性质,压敏机理以及研究现状,阐述了制备过程中掺杂物种、掺杂浓度、烧结温度、粉体材料等因素对二氧化钛压敏电阻性能的影响.研究表明,TiO2系列压敏电阻具有较低的压敏电压、较高的非线性系数、超高的介电常数,并且制备工艺简单.TiO2系列压敏电阻能有效弥补SrTiO3和ZnO系压敏电阻器所存在的不足之处,是低压压敏陶瓷的研发方向.     

Yb_yCo_4Sb_(12)/Yb_2O_3热电复合材料的高温稳定性研究

采用高温熔融/热处理并结合SPS烧结工艺制备了Yb名义组分为0.6的Yby Co4Sb12/Yb2O3填充方钴矿复合材料,纳米或亚微米Yb2O3颗粒主要分散在方钴矿晶界上。研究了873 K下低氧分压高温处理对样品的热电性能与微结构的影响。热处理后样品的电导率、赛贝克系数、热导率基本保持不变,块体材料内部纳米与亚微米尺度微观结构未发生明显变化,未发现填充方钴矿结构中的Yb元素的"大量逸出"与氧化,材料的高温ZT值保持在1.2左右。TEM观察发现Yby Co4Sb12填充方钴矿晶粒内存在大量的位错,由位错产生的内应力有可能对Yb离子从晶格孔洞的逸出以及Yb离子和O离子的扩散产生阻碍作用,从而抑制了在高温低氧分压下Yby Co4Sb12的内氧化,使得高Yb含量的Yby Co4Sb12/Yb2O3复合材料的高温稳定性比低Yb含量填充方钴矿材料更佳。     

氧化物掺杂对钒磷铋系玻璃性能的影响

本研究制备了以V2O5、P2O5、B2O3为基体,掺杂Na2O、Li2O、CuO、Sb2O3、B2O3为辅助原料的低熔点钒磷铋系玻璃。研究了氧化物的添加对钒磷铋系玻璃的骨架网络结构、特征温度、热膨胀系数和化学稳定性的影响。实验结果表明:CuO的添加使钒磷铋系玻璃特征温度明显下降,而Na2O、Li2O、Sb2O3和B2O3的添加使钒磷铋系玻璃特征温度均有不同程度的上升。添加B2O3能够大幅度降低钒磷铋系玻璃的热膨胀系数。氧化物对钒磷铋系玻璃的耐水性影响程度为:CuO>B2O3>Sb2O3>Na2O>Li2O;耐酸性影响程度为:B2O3>CuO>Sb2O3>Na2O>Li2O;耐碱性的影响程度为:Sb2O3>Na2O>CuO>B2O3≈Li2O。配比为5%Na2O,5%Li2O,3.5%CuO,10%Sb2O3和5%B2O3制得的钒磷铋系玻璃,热膨胀系数更接近于氧化铝陶瓷基板,拥有较高的耐腐蚀性,能够用于电子浆料中。     

与Ag内电极共烧对ZnVSb压敏陶瓷显微结构及性能的影响

研究共烧影响及其机理是开发多层片式压敏电阻的基础和关键。采用XRD、SEM、EDS研究了与Ag内电极共烧对ZnVSb陶瓷显微形貌、晶体结构及烧结性能的影响。结果表明,与Ag内电极共烧不影响ZnVSb陶瓷的相组成,但阻碍ZnVSb陶瓷烧结。Ag通过富V液相扩散并恶化其与ZnO晶粒的浸润性,从而阻碍ZnVSb陶瓷的致密化进程。Zn在Ag内电极中不存在扩散,而Sb在其中的扩散破坏了ZnVSb陶瓷原有的成分配比。研究结果为ZnVSb基片式压敏电阻开发奠定了基础。     

Mn、Sb掺杂NBT—KBT—BT无铅压电陶瓷的研究

采用传统陶瓷制备工艺,利用XRD、SEM等测试分析方法,研究了MnCO3、Sb2O3掺杂对压电陶瓷晶体结构、表面形貌以及性能的影响。研究结果表明：所有组成均呈单一钙钛矿型固溶体特征,无其它晶相生成。掺杂陶瓷在1160℃左右烧结比较合适。MnCO3表现为典型的“受主”添加物特征。Sb2O3的掺杂对陶瓷性能的影响受多种因素共同作用,当Sb2O3的掺杂量为0.1％（质量分数）时,d33=148pC／N、tanδ=4.2％、εr=1516。MnCO3的掺杂可以促进晶粒生长,Sb2O3的掺杂使晶粒尺寸的均匀性降低。     

SiO2在ZnO—Bi2O3—Sb2O3—BaO系压敏陶瓷中的作用

ＳｉＯ２添加剂对ＺｎＯ－Ｂｉ２Ｏ３－Ｓｂ２Ｏ３－ＢａＯ系和通常的ＺｎＯ－Ｂｉ２Ｏ３－Ｓｂ２Ｏ３系压敏陶瓷电性能的作用和影响有很大不同。通过小电流区伏安特性，交变电压下复阻抗特性，以及对复电容平面图中半弧特性的分析可知，ＳｉＯ２对ＺｎＯ－Ｂｉ２Ｏ３－Ｓｂ２Ｏ３－ＢａＯ系压敏陶瓷中电性能影响是晶界组分及微结构变化造成的。     

铈镧复合氧化物对ZnVCrO陶瓷显微结构及压敏性能的影响

采用混合氧化物工艺经850℃、4h烧结制备了铈镧复合氧化物掺杂的ZnVCrO基压敏陶瓷,综合应用XRD、SEM、EDS和伏安电学特性测试等方法研究了铈镧复合氧化物掺杂在0%~0.6%(质量分数)范围内对显微结构和压敏性能的影响。结果显示,所有样品以ZnO为主晶相,以Zn_3(VO_4)_2、ZnCr_2O_4为第二相,含掺杂样品中还形成Ce(La)VO_4固溶体,其含量随掺杂量增加而升高。铈镧复合氧化物对烧结影响不大,但其含量大于等于0.4%(质量分数)时可大幅提高ZnVO基压敏陶瓷显微组织的均匀性。0.4%(质量分数)铈镧复合氧化物掺杂样品压敏性能最优:非线性系数为24.7,压敏电压为1 029V/mm,漏电流为92μA/cm~2。     

蒸汽掺杂－一种新的钛酸钡基PTCR陶瓷的掺杂方法

晶界效应是陶瓷材料所固有的特性．利用某些氧化物在高温下具有较高的蒸汽压,在烧成过程对陶瓷材料进行掺杂改性,可以有效地控制晶界行为,改善材料性能．钛酸钡基半导化陶瓷中存在的PTCR效应;是一种典型的晶界效应．利用Sb2O3、Bi2O3蒸汽掺杂的钛酸钡基PTCR材料,晶粒细小、均匀致密、升阻比可以做到大于8个数量级．因而,蒸汽掺杂是一种新型高效的掺杂方法．     

铝掺杂对氧化锌压敏陶瓷电性能的影响

研究了微量铝(Al)掺杂对氧化锌(ZnO)压敏陶瓷显微结构、电性能和本征点缺陷浓度等方面的影响及其作用机理。研究结果表明, 介电损耗峰值能够在一定程度上反映ZnO压敏陶瓷本征点缺陷浓度, 微量Al掺杂能够引起ZnO压敏陶瓷本征点缺陷浓度的显著降低。氧空位缺陷对应的损耗峰峰值从88.82下降到1.74, 锌填隙缺陷对应的损耗峰峰值从133.38下降到8.14。随着Al掺杂量的增加, ZnO压敏陶瓷平均晶粒尺寸从9.15 μm逐渐下降到6.24 μm, 而压敏电压从235 V/mm逐渐提高到292 V/mm。可见Al掺杂抑制了ZnO压敏陶瓷中本征点缺陷的形成, 而本征缺陷浓度的降低导致材料显微结构和电性能发生明显变化。本文阐述了Al掺杂对ZnO压敏陶瓷本征缺陷的影响机理, 建立了ZnO压敏陶瓷显微形貌、电性能、介电性能和本征点缺陷之间的联系。     

Nonlinear Electrical Properties of SnO2—LiO—Nb2O5 Varistor System

The electrical properties of (Nb,Li)-doped SnO2 ceramics as a new varistor material were investigated.The sample 97.95% SnO20.50%Li2O0.05%Nb2O5( mol fraction)sintered at 1450℃ possess the highest density(p=6.77g/cm^3) and nonlinear electrical coefficient(α=11.6).The substitution of Sn^4 with Li^ increases the concentration of oxygen vacancies,together with the formation of solid solution ,which will increase the sintering rate greatly and decrease the optimized sintering temperature.The substitution of Sn^4 with Li^ and the variation of temperature play very important effects on the densities,dielectric constant,nonlinear electrical properties and other characteristics of the samples.The properties of the grain boundary barrier and the microstructural characteristics were investigated to ensure the effect of the dopants and the temperature.A grain boundary defect barrier model was used to illustrate the grain boundary barriers formation in SnO2-Li2O-Nb2O5 varistors.     

Nonlinear Electrical Properties of SnO_2-Li_2O-Nb_2O_5 Varistor System

The electrical properties of (Nb, Li)-doped SnO2 ceramics as a new varistor material were investigated. The sample 97.95%SnO2·0.50%Li2O·0.05%Nb2O5 (mol fraction) sintered at 1450= possess the highest density (ρ=6.77 g/cm3) and nonlinear electrical coefficient (α=11.6). The substitution of Sn4+ with Li+ increases the concentration of oxygen vacancies, together with the formation of solid solution, which will increase the sintering rate greatly and decrease the optimized sintering temperature. The substitution of Sn4+ with Li+ and the variation of temperature play very important effects on the densities, dielectric constant, nonlinear electrical properties and other characteristics of the samples. The properties of the grain boundary barrier and the microstructural characteristics were investigated to ensure the effect of the dopants and the temperature. A grain boundary defect barrier model was used to illustrate the grain boundary barriers formation in SnO2-Li2O-Nb2O5 varistors.     

The effect of Cr2O3 additive on the electrical properties of ZnO varistor

The effect of Cr2O3 additive on the leakage conduction and threshold voltage characteristics of bismuth-based ZnO ceramic varistor was studied. The leakage conduction in the voltage range below the threshold voltage increased with increasing Cr2O3 concentration and is attributed to the Schottky barrier height. It was found that the increases in the apparent threshold voltage were associated with the lowered donor concentration in the depletion region of the ZnO grain. These results were obtained by measuring C–V characteristics, the breakdown voltage at the current density of 10-3 A cm-2 and the microstructure of ZnO ceramics. This revised version was published online in November 2006 with corrections to the Cover Date.