高电压梯度高通流能力氧化锌压敏电阻的研究

论文摘要

ZnO压敏电阻因其优异的非线性伏安特性、较大的浪涌电流吸收能力和较好的工作稳定性，在稳压元件和过电压保护方面得到了迅速的发展和广泛的应用。以Bi2O3和Sb2O3为主要掺杂剂的铋系ZnO压敏电阻又因为其较低的生产成本、较快的响应速度、长使用寿命等众多优点而得到了众多学者的关注，在实际生产中占据着主导地位。如何同时提高压敏电阻的压敏电压梯度和脉冲电流通流能力一直是国内外研究的主要难题。在兼顾其他电学性能的前提下，制备高电压梯度、高通流能力的压敏电阻是本文研究的主要目的。本文采用直接掺杂和预复合掺杂两种不同方法制备铋系ZnO压敏电阻样品，研究了掺杂量及其他制备工艺对ZnO压敏电阻性能的影响。首先介绍了ZnO压敏电阻的基本机理及其相关工艺，研究了不同烧结温度和烧结时间对ZnO压敏电阻的影响，并从微观结构上讨论了烧结工艺对ZnO压敏电阻的影响机制。实验结果表明：随着烧结温度的提高和烧结时间的延长，晶粒尺寸逐渐增加，压敏电压梯度有所减小，但是样品的非线性和耐脉冲电流能力先增加后减小。接着研究了BiSbO4替代Bi2O3和Sb2O3掺杂对ZnO压敏电阻的影响，并讨论了不同温度下合成的BiSbO4对ZnO压敏电阻致密度、微观结构、烧成制度的影响机制。实验结果表明：与传统的Bi2O3和Sb2O3直接掺杂相比，通过固相法在800°C下合成的BiSbO4掺杂ZnO压敏电阻后改善了非线性和耐脉冲电流能力，压敏电压梯度E1mA=324V/mm，非线性系数=85，残压比K5kA=2.3，在耐受脉冲电流后压敏电压变化率ΔU1mA=3%。最后研究了SiO2掺杂和Zn2SiO4替代SiO2掺杂对ZnO压敏电阻的影响，并从ZnO压敏电阻的致密度、微观结构、烧成制度等方面对Zn2SiO4的影响机制进行了讨论。实验结果表明：与SiO2掺杂相比，Zn2SiO4掺杂的样品压敏电压梯度和非线性系数更大，耐脉冲电流能力也更强；随着Zn2SiO4掺杂量的增加，氧化锌压敏电阻晶粒尺寸逐渐减小，压敏电压梯度、非线性系数和耐脉冲电流能力先增加后减小。当Zn2SiO4掺杂量为0.75mol%时，ZnO压敏电阻的综合性能达到最优值，压敏电压梯度E1mA=382V/mm，非线性系数=85，残压比K5kA=2.0，在耐受脉冲电流后压敏电压变化率ΔU1mA=5%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ZnO压敏电阻简介
• 1.3 选题的目的和意义
• 1.4 研究内容
• 2 烧结工艺的研究
• 2.1 引言
• 2.2 样品的制备及表征
• 2.3 烧结工艺的影响
• 2.4 本章小结
• 4对ZnO压敏电阻的影响'>3 BiSbO₄对ZnO压敏电阻的影响
• 3.1 引言
• 4的合成'>3.2 BiSbO₄的合成
• 4掺杂的影响'>3.3 BiSbO₄掺杂的影响
• 3.4 本章小结
• 2SiO₄对ZnO压敏电阻的影响'>4 Zn₂SiO₄对ZnO压敏电阻的影响
• 4.1 引言
• 2掺杂的影响'>4.2 SiO₂掺杂的影响
• 2SiO₄掺杂的影响'>4.3 Zn₂SiO₄掺杂的影响
• 4.4 本章小结
• 5 全文总结及展望
• 5.1 全文研究内容总结
• 5.2 对进一步研究的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表论文及专利