高吸收抗脈沖ZnO–Pr6O11系和ZnO–Bi2O3系壓敏電阻性能的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電器、電子產(chǎn)品在各行各業(yè)以及人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。在電器、電子產(chǎn)品和電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，壓敏電阻作為一種過(guò)電壓保護(hù)器，能夠吸收過(guò)電壓引起的脈沖電壓，從而保證了設(shè)備的正常工作。本課題主要從物相組成、微觀結(jié)構(gòu)、晶粒增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、電學(xué)性能等角度，研究了燒結(jié)溫度、摻雜離子對(duì)ZnO–Pr6O11系和ZnO–Bi2O3系壓敏陶瓷性能的影響，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，獲得了ZnO–Pr6O11系和ZnO–Bi2O3系中壓敏電阻

2、性能最佳的配方，并分析其在電力、光伏領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
　　（1）研究燒結(jié)溫度對(duì)ZnO–Pr6O11系壓敏電阻陶瓷性能的影響
　　以96.0mol％ZnO，0.5mol%Pr6O11，0.5mol%Cr2O3，0.5mol%Co2O3，0.5mol%Y2O3，1.0mol%V2O5，1.0mol%Mn3O4為配方，研究了燒結(jié)溫度對(duì)ZnO–Pr6O11系壓敏電阻陶瓷微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著燒結(jié)溫度的升高，ZnO–

3、Pr6O11系壓敏電阻的平均晶粒尺寸顯著增加，燒結(jié)密度、擊穿場(chǎng)強(qiáng)、阻抗逐漸減小，晶界勢(shì)壘高度、非線性系數(shù)總體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而漏電流呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。當(dāng)燒結(jié)溫度為1100℃時(shí)，非線性系數(shù)達(dá)到最大值46.3，漏電流達(dá)到最小值2.94μA/cm2。
　?。?）研究Mn3O4摻雜對(duì)ZnO–Pr6O11系壓敏電阻性能的影響
　　以(97.0–x)mol%ZnO，0.5mol%Pr6O11，0.5mol%Cr2O3，0.

4、5mol%Co2O3，0.5mol%Y2O3，1.0mol%V2O5，x mol%Mn3O4(其中x=0.25，0.50，0.75，1.00，1.25，1.50)為配方，研究了Mn3O4摻雜量對(duì)ZnO–Pr6O11系壓敏電阻微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著Mn3O4摻雜量的增加，電阻的主晶相均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO，但是ZnO特征峰的相對(duì)強(qiáng)度略有減小，且其位置向高角度偏移，表面氣孔逐漸減少，平均晶粒尺寸呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，

5、擊穿場(chǎng)強(qiáng)、晶界勢(shì)壘高度、非線性系數(shù)、漏電流、阻抗均呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢(shì)；當(dāng)Mn3O4的摻雜量為1.00mol%時(shí)，壓敏電阻中的尖晶石相最多，平均晶粒尺寸達(dá)到最小值1.44μm，擊穿場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到最大值1128.6V/mm，非線性系數(shù)為46.3，僅與最大值48.5相差2.2。晶粒增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)公式計(jì)算得到動(dòng)力學(xué)增長(zhǎng)系數(shù)為3.9，晶粒增長(zhǎng)過(guò)程中的表面激活能為281.6kJ/mol，晶界遷移率較低，晶粒長(zhǎng)大速度較慢。
　?。?）研究V2O5摻雜

6、對(duì)ZnO–Pr6O11系壓敏電阻性能的影響
　　以(98.5–x)mol%ZnO，0.5mol%Pr6O11，1.0mol%Y2O3，x mol%V2O5(其中：x=0.5，1.0，1.5，2.0)為配方，研究了V2O5摻雜對(duì)ZnO–Pr6O11系壓敏電阻微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著V2O5的摻雜量增加，類(lèi)尖晶石相PrVO4的特征峰強(qiáng)度逐漸增大，同時(shí)Pr9O16、Pr5O9特征峰強(qiáng)度逐漸減弱，平均晶粒尺寸、晶界勢(shì)壘高度

7、、漏電流呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)、非線性系數(shù)、阻抗均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。V2O5摻雜的ZnO–Pr6O11系壓敏電阻的配方簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越，當(dāng)V2O5摻雜量為1mol%時(shí)，Pr9O16發(fā)生相變?yōu)镻r5O9，晶粒尺寸均勻，且達(dá)到最小值1.17μm，阻抗達(dá)到最大，非線性系數(shù)為39.8，漏電流為1.18μA/cm2，擊穿場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到最高值1099V/mm。晶粒增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)公式計(jì)算得到動(dòng)力學(xué)增長(zhǎng)系數(shù)為4.1，晶粒增長(zhǎng)過(guò)程中的表面激活能為29

8、2.8kJ/mol。
　?。?）研究Nb2O5摻雜對(duì)ZnO–Bi2O3系壓敏電阻的影響
　　以(97.5–x)mol%ZnO，0.5mol%Bi2O3，1.0mol%Y2O3，1.0mol%V2O5，x mol%Nb2O5(其中x=0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0)為配方，研究了Nb2O5摻雜對(duì)ZnO–Bi2O3系壓敏電阻微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，壓敏電阻的主晶相均是ZnO，晶界相主要是Bi3NbO7

9、、Y3NbO7、BiYO3以及Nb2O5，隨著Nb2O5摻雜量的增加，Bi3NbO7的特征峰相對(duì)強(qiáng)度逐漸減弱，而Y3NbO7的特征峰相對(duì)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；平均晶粒尺寸、晶界勢(shì)壘高度、漏電流均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，但是擊穿場(chǎng)強(qiáng)、非線性系數(shù)、阻抗呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，擊穿場(chǎng)強(qiáng)最大值為472.8V/mm。當(dāng)Nb2O5摻雜量為1.5mol%時(shí)，漏電流達(dá)到最小值2.27μA/cm2，非線性系數(shù)最大值32.4，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為460.1V/mm，僅與最大