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ZnO压敏电阻陶瓷的性能是压敏陶瓷中为优异的一种。近年来,由于电子设备向小型化、多功能化发展,集成电路的集成速度和密度不断提高,为了使电子线路免遭浪涌电压的破坏,在低压领域内对压敏电阻器的应用也提出了越来越高的要求,因此ZnO的低压化成为研究的热点。为了寻求一个相对合适的ZnO压敏陶瓷的低压化配方,并且将所学专业理论知识与实际相结合,经文献查阅,我们设计了添加剂的量依次适当增加的四组平行实验来进行研究。本文首先简析了ZnO压敏陶瓷材料的概念、结构、研究现状及压敏电阻的性能参数,并详细解释了其导电机理。同时对制备ZnO压敏陶瓷的基本工艺流程做了初步的了解,通过热分析的实验和老师的指导得出,烧结温度分别为1160℃、1180℃,1200℃三个温度下保温2h的烧结条件。
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低压ZnO压敏电阻的特性与晶界的结构状态有密切关系,关于压敏电阻的显微结构,人们也以Bi系ZnO压敏电阻为基础,建立了不同的模型进行研究,如微电阻模型,即将压敏电阻等效为包含在多晶材料中的分立的晶界,还有运用薄膜技术制造的单结等来模拟ZnO
压敏陶瓷的显微结构材料中主要的相是半导化的ZnO晶粒,许多ZnO晶粒直接接触,晶粒间没有其它相,形成了双ZnO-ZnO晶界(同质结)。由于Bi等大尺寸离子在晶界偏析,改变了晶界的结构,电流通过这些晶界,这些晶界称为电活性晶界,电活性晶界是决定压敏电阻性质的关键。在三个晶粒的交界处,有时在两个晶粒(可能有特殊取向)之间,存在粒间相,粒间相在导电过程中大多是电学非活性的。该相主要包括各种添加物形成的化合物。陶瓷材料中的所有成分都可以溶解在粒间相中,在烧结过程中,晶粒交界处可能形成尖晶石晶体,但是它们不参与导电过程。氧化物的改性添加可以改变晶粒电导或晶界的结构及化学状态,尤其是偏析于晶
界的杂质对晶界活性有很大的影响,因而适当的掺杂选择对形成和改善非线性起着很重要的作用,而且晶界势垒是ZnO压敏陶瓷烧结时在高温冷却过程中形成的,烧结工艺直接影响杂质缺陷在晶界中的分布,从而影响晶界化学结构。另外,低压ZnO压敏电阻的晶粒尺寸要足够大,单位厚度的晶界数少,因此低压压敏电阻对显微结构的波动尤其敏感,工艺对低压压敏电阻压敏特性的作用也不可忽视。
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