单分散纳米复合氧化锌调控制备及在电压敏感陶瓷芯片的应用-无机化学专业论文.docx

常州大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的 研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全 意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权的说明 本学位论文作者完全了解 常州大学 有关保留、使用学位论文的 规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大 学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。 必威体育官网网址论文注释：本学位论文属于必威体育官网网址范围，在 年解密后适用本 授权书。非必威体育官网网址论文注释：本学位论文不属于必威体育官网网址范围，适用本授权书。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 导师签名： 签字日期： 年 月 日 I I 中 文 摘 要 ZnO 压敏陶瓷具有非线性电流电压特性，被广泛应用在电流传送、 电力保护体系。ZnO 压敏陶瓷主要采用传统的固相法制备，此法一般是 按一定比例将 ZnO 和添加的金属氧化物(Bi2O3，Sb2O3，MnO2，Co2O3 及 Cr2O)混合球磨，压制成型，再进行高温烧结。该方法存在的问题是，球 磨制备的粉体形貌不均匀，不易得到高品质的纳米粉体材料。近几年化 学法被广泛的应用于 ZnO 纳米粉体的制备。化学法制备 ZnO 纳米粉体可 加工性强，纯度高，结构均匀。本论文主要讨论液相法制备纳米复合 ZnO 粉体。 主要研究成果如下： (1) 采用碳酸氢铵作为沉淀剂，水-乙醇混合溶液作为反应介质，沉 淀法合成纳米复合ZnO粉体。当粉体煅烧温度为600 °C时，ZnO粉体的分 散性较好，颗粒尺寸为30-50 nm。将粉体压制成型，高温烧结，获得ZnO 压敏陶瓷，经测试击穿电压为208 V/mm，非线性系数为17.5。实验结果 证明，乙醇可以有效的控制粉体晶粒的生长，减轻团聚，提高ZnO压敏陶 瓷的电性能。 (2) 通过添加蔗糖和硝酸铵，采用一种新颖的液相法制备单分散球形 ZnO纳米粉体。蔗糖和硝酸铵主要用于控制晶粒的生长，提高粉体的分散 性。实验结果表明，该方法制备得到的ZnO纳米粉体为球形，颗粒直径约 为25-45 nm，且分散性较好。将得到的粉体压制成型，进行高温烧结得到 ZnO压敏陶瓷，压敏陶瓷主晶粒尺寸为5-8 μm，微观结构比较均一，击穿 电压为595.8 V/mm ，非线性系数为46.5。 (3) 通过回流法直接合成纳米复合ZnO粉体。在实验中主要讨论了回 流时间对ZnO形貌和晶粒大小的影响。当回流时间为5 h，得到的ZnO为 棒状，当回流时间延长至20 h，可以得到球形纳米ZnO，晶粒尺寸为30-50 nm。实验结果证明，回流时间对ZnO晶粒的生长机制有着重要的影响。 最后将粉体烧结成ZnO压敏陶瓷，观察微观结构，测试电性能，击穿电压 约为7.09 kV/cm，非线性系数为56。 (4) 采用NaNO3-KNO3熔盐代替有机分散剂，成功制备了球形纳米复 合ZnO粉体，颗粒大小约为20-35 nm。实验结果表明，NaNO3-KNO3为合 成单分散球形纳米复合ZnO提供了有利条件。将样品至于1100 °C空气气 氛中烧结2 h，陶瓷密度为5.43 g/cm3，相对密度为96.9%，击穿电压为5.89 II II kV/cm，非线性系数为 26.6。 关键词: ZnO; 纳米粉体；掺杂；单分散；压敏陶瓷；电性能 PAGE PAGE IV ABSTRACT ZnO varistors have been widely used as surge protector in the electrical transmissions and transient overvoltage to protect from transitory overvoltage. These applications are due to their nonlinear electrical characteristics originating from the grain boundaries. The traditional solid-state method of making of ZnO varistors involves mixing of ZnO powders with various additives (Bi2O3, Sb2O3, MnO2, Co2O3 and Cr2O), and is also easy