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高性能稀土掺杂氧化锌基压敏电阻材料的研究

2020-12-09阅读(970)

高性能稀土掺杂氧化锌基压敏电阻材料的研究

论文摘要

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-Bi2O3-Y2O3系压敏电阻材料中,适量Y2O3掺杂使晶粒细小均匀,有利于材料烧结致密。当Y2O3掺杂水平较低时,随着Y2O3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Y2O3掺杂量较多时,α和E将急剧降低,IL迅速增大;Bi2O3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Bi2O3掺杂,不利于材料的致密化。当Bi2O3掺杂量逐渐增多时,α和E先增大后减小,IL先减小后增大; Sb2O3和Y2O3共同作用时材料的晶粒比Y2O3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。Sb2O3和Y2O3共同作用时电学性能比Y2O3或Sb2O3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-Pr6O11-Fe2O3系压敏电阻材料中,Fe2O3掺杂使晶粒细小,有利于烧结体密度的提高。少量Fe2O3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Fe2O3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。Pr6O11在烧结过程中与Fe原子发生反应生成PrFeO3相,抑制晶粒生长。Pr6O11掺杂量增多时将生成大量的晶间相,使晶界模糊。随着Pr6O11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-Pr6O11-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。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景和研究意义
  • 1.2 ZNO 基压敏电阻的微观结构
  • 1.3 ZNO 基压敏电阻的电学性能
  • 1.4 稀土氧化物掺杂的作用
  • 1.4.1 稀土掺杂对压敏电阻压敏电压的影响
  • 1.4.2 稀土掺杂对压敏电阻非线性系数的影响
  • 1.4.3 稀土掺杂对压敏电阻漏电流的影响
  • 1.4.4 稀土掺杂对压敏电阻通流能力和能量吸收能力的影响
  • 1.4.5 稀土掺杂对压敏电阻残压的影响
  • 1.4.6 稀土掺杂对压敏电阻C-V 特性与介电特性的影响
  • 1.5 本论文的研究内容
  • 第2章 实验方案和分析方法
  • 2.1 材料设计
  • 2O3-Y2O3 系压敏电阻材料'>2.1.1 ZnO-Bi2O3-Y2O3系压敏电阻材料
  • 6O11-Fe2O3 系压敏电阻材料'>2.1.2 ZnO-Pr6O11-Fe2O3系压敏电阻材料
  • 6O11-WO3 系压敏电阻材料'>2.1.3 ZnO-Pr6O11-WO3系压敏电阻材料
  • 2.2 实验设备
  • 2.3 实验步骤
  • 2.4 分析测试
  • 2.4.1 密度与相对密度测量
  • 2.4.2 微观结构与相组成测试
  • 2.4.3 电学性能测试
  • 2O3-Y2O3系压敏电阻材料研究'>第3章 ZNO-Bi2O3-Y2O3系压敏电阻材料研究
  • 2O3 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响'>3.1 不同Y2O3 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料相组成的影响'>3.1.1 不同Y2O3掺杂水平对材料相组成的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料微观结构的影响'>3.1.2 不同Y2O3掺杂水平对材料微观结构的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料烧结体密度、相对密度、收缩率及质量损失率的影响'>3.1.3 不同Y2O3掺杂水平对材料烧结体密度、相对密度、收缩率及质量损失率的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料电学性能的影响'>3.1.4 不同Y2O3掺杂水平对材料电学性能的影响
  • 2O3 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响'>3.2 不同Bi2O3 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料相组成的影响'>3.2.1 不同Bi2O3掺杂水平对材料相组成的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料微观结构的影响'>3.2.2 不同Bi2O3掺杂水平对材料微观结构的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料烧结体密度、相对密度、收缩率及质量损失率的影响'>3.2.3 不同Bi2O3掺杂水平对材料烧结体密度、相对密度、收缩率及质量损失率的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料电学性能的影响'>3.2.4 不同Bi2O3掺杂水平对材料电学性能的影响
  • 3.3 不同BI:Y 比掺杂对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响
  • 3.3.1 不同Bi:Y 比掺杂对材料相组成的影响
  • 3.3.2 不同Bi:Y 比掺杂对材料微观结构的影响
  • 3.3.3 不同Bi:Y 比掺杂对材料烧结体密度、相对密度的影响
  • 3.3.4 不同Bi:Y 比掺杂对材料电学性能的影响
  • 3.4 不同Y:SB 比掺杂对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响
  • 3.4.1 不同Y:Sb 比掺杂对材料相组成的影响
  • 3.4.2 不同Y:Sb 比掺杂对材料微观结构的影响
  • 3.4.3 不同Y:Sb 比掺杂对材料烧结体密度、相对密度、收缩率及质量损失率的影响
  • 3.4.4 不同Y:Sb 比掺杂对材料电学性能的影响
  • 3.5 本章小结
  • 6O11-FE2O3系压敏电阻材料研究'>第4章 ZNO-Pr6O11-FE2O3系压敏电阻材料研究
  • 2O3 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响'>4.1 不同FE2O3 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料相组成的影响'>4.1.1 不同Fe2O3掺杂水平对材料相组成的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料微观结构的影响'>4.1.2 不同Fe2O3掺杂水平对材料微观结构的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料烧结体密度的影响'>4.1.3 不同Fe2O3掺杂水平对材料烧结体密度的影响
  • 2O3 掺杂水平对材料电学性能影响'>4.1.4 不同Fe2O3掺杂水平对材料电学性能影响
  • 6O11 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响'>4.2 不同Pr6O11 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响
  • 6O11 掺杂水平对材料相组成的影响'>4.2.1 不同Pr6O11掺杂水平对材料相组成的影响
  • 6O11 掺杂水平对材料微观结构的影响'>4.2.2 不同Pr6O11掺杂水平对材料微观结构的影响
  • 6O11 掺杂水平对材料烧结体密度的影响'>4.2.3 不同Pr6O11掺杂水平对材料烧结体密度的影响
  • 6O11 掺杂水平对材料电学性能的影响'>4.2.4 不同Pr6O11掺杂水平对材料电学性能的影响
  • 4.3 不同FE:PR 比掺杂对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响
  • 4.3.1 不同Fe:Pr 比掺杂对材料相组成的影响
  • 4.3.2 不同Fe:Pr 比掺杂对材料微观结构的影响
  • 4.3.3 不同Fe:Pr 比掺杂对材料烧结体密度的影响
  • 4.3.4 不同Fe:Pr 比掺杂对材料电学性能的影响
  • 4.4 本章小结
  • 6O11-WO3系压敏电阻材料研究'>第5章 ZNO-Pr6O11-WO3系压敏电阻材料研究
  • 3 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响'>5.1 不同WO3 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响
  • 3 掺杂水平对材料相组成的影响'>5.1.1 不同WO3掺杂水平对材料相组成的影响
  • 3 掺杂水平对材料微观结构的影响'>5.1.2 不同WO3掺杂水平对材料微观结构的影响
  • 3 掺杂水平对材料烧结体密度的影响'>5.1.3 不同WO3掺杂水平对材料烧结体密度的影响
  • 3 掺杂水平对材料电学性能的影响'>5.1.4 不同WO3掺杂水平对材料电学性能的影响
  • 6O11 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响'>5.2 不同Pr6O11 掺杂水平对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响
  • 6O11 掺杂水平对材料相组成的影响'>5.2.1 不同Pr6O11掺杂水平对材料相组成的影响
  • 6O11 掺杂水平对材料微观结构的影响'>5.2.2 不同Pr6O11掺杂水平对材料微观结构的影响
  • 6O11 掺杂水平对材料烧结体密度的影响'>5.2.3 不同Pr6O11掺杂水平对材料烧结体密度的影响
  • 6O11 掺杂水平对材料电学性能的影响'>5.2.4 不同Pr6O11掺杂水平对材料电学性能的影响
  • 5.3 不同W:PR 比掺杂对ZNO 基压敏电阻材料性能的影响
  • 5.3.1 不同W:Pr 比掺杂对材料相组成的影响
  • 5.3.2 不同W:Pr 比掺杂对材料微观结构的影响
  • 5.3.3 不同W:Pr 比掺杂对材料烧结体密度的影响
  • 5.3.4 不同W:Pr 比掺杂对材料电学性能的影响
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 个人简历、在学期间的研究成果

    • 相关论文文献

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