高性能稀土掺杂氧化锌基压敏电阻材料的研究

题名:高性能稀土掺杂氧化锌基压敏电阻材料的研究
作者:臧延旭
学位授予单位:中国地质大学（北京）
关键词:ZnO;;压敏电阻;;掺杂;;电学性能
摘要:

 为了满足ZnO压敏电阻在超高压领域应用的要求,以获得高压敏电压的ZnO基压敏电阻材料为目的。本论文采用传统陶瓷制Magnetic lifter 备工艺,根据相图规则,分别设计、制备了几个稀土掺杂的ZnO基压敏电阻材料。系统研究不同掺杂元素及其掺杂水平对ZnO基压敏电阻材料微观结构和电学性能的影响。研究发现:

 (1)在ZnO-Bi_2O_3-Y_2O_3系压敏电阻材料中,适量Y_2O_3掺杂使晶粒细小均匀,有利于材料烧结致密。当Y_2O_3掺杂水平较低时,随着Y_2O_3掺杂量的增加,所得ZnO压敏电阻材料非线性系数α和压敏电压E将增大,漏电流IL稍有增加;但是当Y_2O_3掺杂量较多时,α和E将急剧降低,IL迅速增大;Bi_2O_3在烧结过程中形成液相促进烧结过程的进行,使晶粒长大,大量Bi_2O_3掺杂,不利于材料的致密化。当Bi_2O_3掺杂量逐渐增多时,α和E先增大后减小,IL先减小后增大; Sb_2O_3和Y_2O_3共同作用时材料的晶粒比Y_2O_3单独作用时的晶粒要小。随着Y、Sb原子比的增加,烧结体质量损失减小,材料也更致密。Sb_2O_3和Y_2O_3共同作用时电学性能比Y_2O_3或Sb_2O_3单独作用时要好,当Y、Sb原子比为5时,E最大为777 V/mm,α最大为23,IL最小为0.17 mA/cm2。

 (2)在ZnO-Pr_6O_(11)-Fe_2O_3系压敏电阻材料中,Fe_2O_3掺杂使晶粒细小,有利于烧结体密度的提高。少量Fe_2O_3掺杂时,Fe原子固溶到ZnO晶粒内,提供额外的载流子和氧气,使α和E增大,IL减小;但是大量Fe_2O_3掺杂会使晶界处偏析的Fe原子增多,降低晶界的电阻率,破坏材料的电学性能。Pr_6O_(11)在烧结过程中与Fe原子发生反应生成PrFeO3相,抑制晶粒生长。Pr_6O_(11)掺杂量增多时将生成大量的http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter晶间相,使晶界模糊。随着Pr_6O_(11)掺杂量的增多,α和E先增大后减小,IL先减小后增大。在所设计的组成范围内,所得材料最佳电学性能:E为801 V/mm,α为32.4,IL为0.04 mA/cm2。

 (3)在ZnO-Pr_6O_(11)-WO3系压敏电阻材料中,适量WO3掺杂可以使晶粒细小,但是由于WO3自身熔点较高,大量掺杂时烧结体难以烧结致密,生成大量气孔。少量WO3掺杂可以改善材料电学性能,在所设计的组成范围内,所得材料最佳电学性能:E为745 V/mm,α为20,IL为0.02 mA/cm2。
学位年度:2010