探究掺杂二氧化钛对氧化锌压敏陶瓷性能的影响讲解.pptx

安徽建筑大学材料科学工程与科学实践 13级无机非金属材料 安徽建筑大学CDIO 探究掺杂二氧化钛对氧化锌压敏陶瓷性能的影响 指导老师： 第二组 目录 一. 知识点总结 二. 研究背景 三. 实验方案 四. 具体步骤 五. 表征方法 六. 结论 一. 知识点总结 （1） 晶体结构缺陷与烧结 《无机材料科学基础》 《材料物理性能》 （2） 电学性能 《材料物理性能》 （3）表征方法 《材料研究方法》 二. 研究背景 1.压敏陶瓷 压敏电阻陶瓷材料是指在一定温度下和某一特定电压范围内具有非线性伏-安特性、其电阻随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。 一般的电阻器，其U-I特性呈线性关系，而ZnO压敏电阻器的U—I特性呈现出特殊的非线性，其U-I特性曲线可以分为预击穿区，击穿区和回升区三个部分。当电压值达到击穿电压的数值以前，压敏电阻接近于绝缘体；而在电压高过击穿电压时，压敏电阻呈现出导体的性质，而正是这个阶段成就了压敏电阻最重要的用途。 图4理想的I-V特性曲线 图5 ZnO压敏电阻V-I特性曲线 如图5所示，图中曲线可分为三个区域，在预击穿区，压敏电阻表现为欧姆特性，漏电流依赖于温度，在开关电压以上，可分为两个区域：一个是非线性区域，即很小的电压增长，导致电流急速增大，甚至会有105或 106数量级的变化；另一个是回升区，在很高的电压下，材料又表现欧姆特性，与低压区类似。在非线性区域，电流—电压特性可表示为下式：α为非线性系数，非线性系数可以达到很大，因此，即使电压的变化很小，电流的变化却可以达到几个数量级。 Bi系（本次试验） ZnO 系（性能最优） TiO2系 压敏陶瓷 Pr系 SrTiO3系 BaTiO3系 ZnO 系：①造价低廉 ②漏电流小③非线性特性优良 ④响应速度快 2.氧化锌压敏陶瓷 ZnO压敏电阻的晶胞结构 其 ZnO是六方晶系纤锌矿结构，其化学键处于离子键与共价键的中间键型状态，氧离子以六方密堆，锌离子占据一半的四面体空隙，锌和氧都是四面体配位。其能带由O2-的满带2p电子能级和Zn2+的空的4s能级所组成，价带与导带之间的禁带宽度为3.37ev，因此，理想状态的ZnO晶体应该是绝缘体。《无机材料科学基础》 氧化锌压敏陶瓷是由具有纤锌矿结构的晶粒组成，其他氧化物添加剂除少量与ZnO固熔外，主要在ZnO晶粒间形成晶界相，ZnO晶粒．晶界-ZnO晶粒形成一个随机的网状结构 由于陶瓷导电时是电子通过晶界，所以ZnO压敏陶瓷的电学性能主要由晶界决定，晶界对ZnO压敏陶瓷性能影响最大 元素掺杂对ZnO压敏陶瓷的影响 Ti元素的作用 在氧化锌压敏陶瓷配方中，Ti02是作为一种晶粒助长剂加入的，在烧结过程中Ti