纳米粉为前驱体的氧化钨陶瓷制备工艺及电学性质研究

论文摘要

三氧化钨（WO3）是一种重要的功能材料,因具有良好的电致变色、光致变色、电化学性能而得到广泛的研究和应用。近年来,人们发现,三氧化钨基功能陶瓷具有一定的非线性电压-电流特性,因此是一种可能的压敏电阻材料。前人对于三氧化钨陶瓷的研究大多数以微米WO3粉末为原料,采用普通电子陶瓷制备工艺,改变掺杂元素及比例,制备微米基WO3陶瓷并观察对其电学行为的影响。而以纳米WO3粉末为原料,不同制备工艺对三氧化钨陶瓷电学行为的影响却少见报道。本文以纳米三氧化钨粉末为前驱体,通过不同工艺制备WO3陶瓷,以其电学性能为主要研究内容,进一步深入研究了WO3陶瓷材料的电行为。1)我们用溶胶-凝胶法制备纳米WO3粉末,经透射电镜和X射线宽化衍射法分析其粒度为30nm左右。2)我们发现氩气气氛下烧结样品为线性电阻,其电阻率为0.77Ω·m,空气气氛下烧结样品具有非线性特征,非线性系数为3.67。3)我们发现900℃以下淬火样品具有非线性伏安特性,且非线性系数最大可达10.93;淬火温度高于900℃时,样品为线性电阻,电阻率仅为0.16Ω·m。计算其势垒电压Eα为0.049eV。我们认为900℃以下淬火样品的两相共存态,使晶界电阻增大,晶界势垒升高是其非线性产生的重要原因。4)微波烧结使WO3陶瓷变为棒状的W18O49,并具有重复性良好的线性伏安特性;回火后,样品晶粒又变为球形,出现非线性I-V特性,计算其势垒电压φB为0.16eV。5)纳米Gd2O3掺杂样品的非线性系数随着掺杂量的增加而先减小后增大。我们认为少量Gd掺杂抑制WO3陶瓷三斜相的产生,使晶界势垒降低,样品非线性系数减小;掺杂量增加时,纳米Gd2O3与WO3反应生产Gd2（WO4）3相,使晶界势垒升高,晶界电阻增大,样品非线性系数变大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电子陶瓷的制备工艺流程
• 1.1.1 原料制备技术
• 1.1.2 成型技术
• 1.1.3 几种烧结机理
• 1.1.4 烧结过程
• 1.1.5 常用烧结方式
• 1.2 三氧化钨基本性质及研究进展
• 3的基本物理性质'>1.2.1 WO₃的基本物理性质
• 3的基本化学性质'>1.2.2 WO₃的基本化学性质
• 3的研究现状'>1.2.3 WO₃的研究现状
• 1.3 本文研究的背景和意义
• 1.4 本文的工作
• 3前驱体及样品的制备表征'>第2章 纳米WO₃前驱体及样品的制备表征
• 2.1 制备纳米三氧化钨粉末的方法
• 2.1.1 固相反应法
• 2.1.2 溶胶-凝胶法
• 2.1.3 化学沉淀法
• 2.1.4 微乳液法
• 2.1.5 水热合成法
• 2.1.6 喷雾热解法
• 2.1.7 气相法
• 2.2 纳米三氧化钨粉末及陶瓷样品的制备
• 2.2.1 纳米三氧化钨粉末的制备
• 2.2.2 三氧化钨陶瓷样品的制备
• 2.3 样品的电学性能测试及微观结构表征
• 2.3.1 样品的电学性能测试
• 2.3.3 扫描电镜分析（SEM）
• 2.4 自制纳米三氧化钨粉末的表征
• 2.4.1 平均粒径测定
• 2.4.2 相结构
• 3陶瓷电学行为的影响'>第3章 烧结气氛对WO₃陶瓷电学行为的影响
• 3.1 显微结构
• 3.2 相结构
• 3.3 电学性能
• 3.3.1 电流-电压特性
• 3.3.2 介电特性
• 3陶瓷的导电机理'>3.4 WO₃陶瓷的导电机理
• 3.5 本章小结
• 3陶瓷电学性能影响'>第4章 淬火工艺对WO₃陶瓷电学性能影响
• 4.1 显微结构
• 4.2 相结构
• 4.3 电学性能
• 4.3.1 电流-电压（Ⅰ-Ⅴ）特性
• 4.3.2 阻抗分析
• 4.3.3 样品的变温Ⅰ-Ⅴ特性
• 4.3.4 样品的Arrhenius图
• 4.4 本章小结
• 3陶瓷电学性能影响'>第5章 微波和回火对WO₃陶瓷电学性能影响
• 5.1 显微结构
• 5.2 相结构
• 5.3 微波烧结及回火的电学特性
• 5.3.1 样品的Ⅰ-Ⅴ特性
• 5.3.2 回火样品的阻抗
• 5.3.3 回火样品势垒高度的计算
• 5.4 本章小结
• 2O₃掺杂对WO₃陶瓷电性能影响'>第6章 纳米Gd₂O₃掺杂对WO₃陶瓷电性能影响
• 6.1 显微结构
• 6.2 相结构
• 6.3 电学特性
• 6.3.1 电流—电压（Ⅰ—Ⅴ）特性
• 6.3.2 介电特性
• 6.3.3 阻抗分析
• 6.4 讨论
• 6.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果