氧化锌压敏陶瓷个人总结

1、探究掺杂二氧化钛对氧化锌压敏陶瓷得影响个人项目总结材料与化学工程学院 无机非金属材料与工程13级无机非2班指导教师徐 海燕提交日期2016、 1、 2在大三刚开学得时候，李燕老师对我们说我们大三得学生要做一 个CDIO项目，刚听到这个消息得时候，我得心里就在想“完了，自己得实践能力不好，以前从来没有做过这种项目，怎么办呢”，当时 不知道怎么办，就按照老师得说法去找指导老师，我与室友一起找得 老师就是徐海燕老师，刚开始去见老师得时候，什么都没有准备，被 老师教育了一顿，后来我们在去见老师得时候，都就是先准备好每个 人要说得东西，然后这样就不会害怕了，就这样在老师得指导下，我 们一点一点把实验给做

2、完，得到了我们想要得东西，在这次试验中, 我学到了“学中做，做中学”实验原则与团队合作得实验精神，刚开 始做实验得时候，我们一窍不懂，对要做什么，怎么去做一点都不了 解，从最开始得实验任务布置下来，到去图书馆 网上查找文献资料, 再到实验方案得设计，以及后来得实验具体操作过程，我从中间得过 程学到了很多知识， 从对实验得一无所知， 到后来知识得一点一点总 结，我感觉到从书本上学到得知识得到了充分得运用。我们一大组有十个人，后来因为实验得需要，我们学要不同条件 下得实验结果， 所以我们这一大组分成了三个小组， 我们这组有四个 人，在我们这四个人之中， 每个人都有自己得任务，在每一次老师布 置任务

3、下来之后， 我们都会分工好每个人需要做得东西， 这样每个人 都有事情可做，避免了有人偷懒得情况。经过了差不多一个学期得实验，CDIO就快要结束了，结题汇报很 快就要进行了，在整个CDIO项目期间，我感觉最重要得不就是实验 结果，而就是实验过程让我们学到了些什么，需要掌握得知识，实验 态度，要培养我们得就是， 对实验要很认真， 不能抱着打酱油得态度， 让自己得同伴来做整个实验，而自己却在其她地方做一些其她事情， 整个项目得参与过程让我体验到了实验得艰辛， 也让我懂得了项目学 分获得得不易， 真心希望以后可以有更多这样得实验项目可以让我们 来做，对我们以后得操作能力，以及以后步入社会后，参与到其她

4、重 大型得实验项目都有很大得帮助。 实验前得准备无论在做什么之前，都要有一定得准备，这样才不至于等到以后 发现问题重头再来， 做实验更就是如此。 在实验前期得资料准备很重 要。在网上得文献检索与查阅，图书馆查阅资料，并准备出实验得方 案。在做一个实验之前就要写好实验方案，每一步要做什么，每一天去做什么，我们要制备得东西就是什么，结构组成，怎样去制备，需 要哪些原料，实验过程中怎样去制备，需要用到哪些仪器，以及样品 制备好以后得检测问题，参考类似得实验，得到适用于我们自己实施可行得方案。我们得小组每个人都有自己得分工，我负责得就是ZnO 压敏陶瓷得原理特性及表征参数:ZnO压敏电阻器就是一类电阻

5、值与外加电压成显著得非线性关系得半导体陶 瓷，其U-I特性服从关系式：l=(U/C)ZnO压敏电阻器常用得性能参数有压敏电压漏电流、 非线性系数、 通流值、能量耐量、限制电压比等，其中压敏电压、漏电流、非线性 系数表示了压敏电阻器得小电流特性，通流值、能量耐量、限制电压 比则表示得就是大电流特性。此外，表征压敏元件性能参数还有电压 温度系数，固有电容等。1.非线性系数a压敏电阻器得非线性系数a,亦称电压指数，就是指在给定得电压下，压敏电阻器U-I特性曲线上某点得静态电阻Rj与动态电 阻Rd之比值，即:仝為片兽/.严 lU dlJ 或一=a=(3)!U現分站可得:或心”式中，U :施加于压敏电阻

6、器上得电压;I :流过压敏电阻器得电流;C :材料系数。材料系数C得量纲为欧姆，其数值等于流过压敏电阻器得电流为 1A时得电压值。若己知压敏电阻器得 C值，由式、式与式(5) 就可以求出压敏电阻器任意电压下得电流值。 而对于实际得压敏电阻 器，在整个U-I关系范围，a并不就是一个常数。在预击穿区与回升区，a值都很小；在击穿区，a值很大，可以达到50以上。本文中 提到得非线性系数a,就是在l=1mA得条件下得a值。2、压敏电压U1mA 压敏电阻得线性向非线性转变得电压转变时， 位于非线性得起点电压 正好在I-V曲线得得拐点上，该电压确定为元件得启动电压，也称为 压敏电压,就是由阻性电流测试而得得

7、。由于I-V曲线得转变点清晰度不明显，多数情况下就是在通1mA电流时测量得，用U1mA来表示。对 于一定尺寸规格得ZnO压敏电阻片，可通过调节配方与元件得几何尺 寸来改变其压敏电压。亦有使用10mA电流测定得电压作为压敏电压者，以及使用标称电流测试者，标称电压定义为0、5mA/cm2电流 密度测定得电场强度E0、5表示，对于大多数压敏电阻器而言，这个 值更接近非线性得起始点。3、漏电流IL压敏电阻器进入击穿区之前在正常工作电压下所流过得电流，称为漏电流IL。漏电流主要由 三部分贡献：元件得容性电流，元件得表面态电流与元件晶界电流。般对漏电流得测量就是将0、83倍U1mA得电压加于压敏电阻器两

8、端，此时流过元件得电流即为漏电流。 根据压敏电阻器在预击穿区得 导电机理，漏电流得大小明显地受到环境温度得影响。 当环境温度较 高时，漏电流较大；反之，漏电流较小。可以通过配方得调整及制造 工艺得改善来减小压敏电阻器得漏电流。 研究低压元件得漏电流来源 就是很重要得，为了促进ZnO晶粒得长大，低压元件中通常会添加大 量得TiO2,过量掺杂造成压敏元件漏电流增大69，在元件性 能测试时容易引入假象，例如压敏电压与启动电压偏离较大。 测试元 件得非线性时，我们希望漏电流以通过晶界得电流为主。 但低压元件普遍存在吸潮现象，初烧成得低压元件漏电流可以保持在420卩A 内，放置824h后，元件得漏电流可

9、以增大到200卩A。这样得元件 得晶界非线性并没有被破坏，但却表现出非线性低，压敏电压也稍有 降低得表象。3、通流值通流能力就是衡量压敏电阻工作区得好坏得指标。按技术标准，通流 值为压敏电阻器允许通过得最大电流值。 采用二次冲击测试，以8/20 s波形脉冲电流作二次最大电流冲击，需保证压敏电压变化率小于 10%压敏电阻器得通流能力与材料得化学成分、制造工艺及其几何 尺寸等因素有关，应合理设计材料得配方与工艺制度， 以获得性能优 良得压敏电阻器。 通流能力得提高，对于提高 ZnO压敏电阻器得性 能非常重要，它显示出了 ZnO压敏电阻器能够承受多大电流冲击与大 电流冲击后性能得稳定性。因此，提高Z

10、nO压敏电阻器得通流能力就 是很有意义得。4、限制电压比限制电压比就是指在通流能力实验中通过特定电流时加在压敏 电阻器两端得电压Up与压敏电压U1mA得比值。它体现了压敏电阻器 在大电流通过时得非线性特性，限制电压比越小，越能起到保护电路 得作用。通流值与限制电压比一同反映了压敏电阻工作特性得好坏,即就是压敏电阻通流值越大越能吸收浪涌电流，限制电压比越小，分 流作用就越明显，保护特性就越好。这就是我在准备ZnO压敏陶瓷得原理特性与表征参数涉及到得知识 点时用到得书籍。无机材料科学基础卩山和M低 III hiir-jiR U勿*4与mH- T r -9、；爭41 * a.运用相关理论知识设计出实

11、验方案ZnO就是六方晶系纤锌矿结构，晶胞结构如图，其化学键处于离子键 与共价键得中间键型状态，氧离子以六方密堆，锌离子占据一半得四 面体空隙，锌与氧都就是四面体配位。ZnC就是相对开放得晶体结构, 开放得结构对缺陷得性质及扩散机制有影响，所有得八面体间隙与一半得四面体间隙就是空得，正负离子得配位数均为4,所以容易引入 外部杂质，ZnO熔点为2248,密度为5、6g/cm3，纯净得ZnO晶体, 其能带由02-得满得2p电子能级与Zn2+得空得4s能级组成，禁带宽度为3、23、4eV,因此，室温下，满足化学计量比得纯净ZnO应就 是绝缘体，而ZnO中最常见得缺陷就是金属填隙原子， 所以它就是金 属

12、过剩(Zn 1+xO)非化学计量比n型半导体，其能带结构如图。Eda等认为，在本征缺陷中，填隙锌原子扩散最快，对压敏电阻稳定性有很大 影响。ftZnO压敏电阻得缺陷除祐；IdF 0,5fRi0.O3(fK g I洛,1LZnO得本征缺陷外，杂质元素得添加就是影响其压敏性能得极其重要得因素。国内外研究人员进行了大量研究工 作，取得了大量得成果。晶体中杂质得进入或缺陷得存在，将破坏部 分正常晶格得平移对称性，产生以杂质离子或缺陷为中心得局域振动 模式，从而形成新得能级，这些新得能级一般位于禁带之内，具有积1011累非平衡载流子（电子或空穴）得作用，这就就是所谓得陷阱效应般把具有显著陷阱效应得杂质或

13、缺陷能级称为陷阱，相应得杂质或缺陷成为陷阱中心。电子陷阱就是指一类具有相变特征得受 主粒子（Mn、Cu Bi、Fe、Co等）对电子形成得一种束缚或禁锢状态。从晶体能带理论来解释，它就是指由于各种原因使得晶粒中得导带弯 曲或不连续，从而在导带中形成得势阱12;从晶体结构来瞧，电子陷 阱就是指某些晶格点或晶体具有结构缺陷，这种缺陷通常带有一定量 得正电荷，因而能够束缚自由电子13，正如一般电子为原子所束缚得 情况，电子陷阱束缚得电子也具有确定得能级。到目前为止，人们对低压化及掺杂改性方面己经作了很多研究工 作，得到了许多有价值得结果，如 Co Mn Sb等可改善非线性指数,Bi、Pr、Ba、Sr、

14、Pb U等可使ZnO晶粒绝缘与提供所需元素（O2、CoMn Zn等）到晶界，Co玻璃料、Ag B、Ni、Cr等得添加可改善稳 定性，而A1、Ga F、Cr等可改善大电流非线性指数（形成ZnO晶粒 中得施主），Sb及Si可抑制晶粒生长，Be Ti、Sn则可促进晶粒生 长。根据前期文献调研确定了影响低压 ZnO 压敏陶瓷电性得 6 个主 要掺杂元素：Bi、Ti、Co Mn Sn、Sb。我们于就是决定探究掺杂Ti 对 ZnO 压敏陶瓷得影响，对此我们设置了四组平行试验。实验得进行，操作过程从开始实验到实验结束差不多进行了 2 个月得时间。通过前期得 计算，需要得原料质量。计算出来之后实根据质量与配比

15、称量。接下 来进行球磨， 球磨用到得就是行星式球磨机， 在接下来进行得就是烘 干，造粒，压片，排胶，烧结，披银，焊电极，检测。其中我认为比 较重要得步骤就是烧结， 烧结过程需要营造一个烧结环境， 确保烧结 后得胚体严密结实。在烧结之前需要添加粘合剂促进原料得造粒，添加了粘结剂之后 可以使样品紧合致密， 压出来得粒状样品才不会膨松。 这样就为后面 能烧结出致密得陶瓷坯体奠定了坚实得基础。烧结过程就是坯体成为坚硬致密体得过程。烧结温度如果设定不 好，就会使陶瓷出现多孔多晶多相，这不仅影响陶瓷得致密度，还会影响它得物相分析。所以在烧结时要尽量赶走气孔、使坯体表面光洁 度很高。在实验室做实验得时候要遵

16、循实验室守则，科学使用实验仪器, 避免仪器得损坏，在刚开始压片得时候，我们就因为对仪器得不了解, 造成了压片机得损坏，下面就是我们进行压片时拍得图片。披银时拍得图片焊接电极时拍得图片-i-测量表征参数时拍得图片X* A，:社*t _”rT0- V士 4四、处理实验数据处理分析1、前期得计算百分摩尔比Ti1Ti2Ti3Ti4总物质得量TiO20、0030、0050、01Bi2O30、0050、0050、0050、005Co2O30、0050、0050、0050、005Cr2O30、0050、0050、0050、0050、6MnCO30、0050、0050、0050、005Sb2O30、010、0

17、10、010、01ZnO0、9670、9650、960、97物质得量La2O30、00180、0030、0060Bi2O30、0030、0030、0030、003Co2O30、0030、0030、0030、003Cr2O30、0030、0030、0030、003MnCO30、0030、0030、0030、003Sb2O30、0060、0060、0060、006ZnO0、58020、5790、5760、582质量总质量TiO20、14381640、2396940、47938800、8628984Bi2O31、397881、397881、397881、397885、59152Co2O30、497580、497580、497580、497581、99032Cr2O30、4560、4560、4560、4561、824MnCO30、344850、344850、344850、344851、3794Sb2O31、941121、941121、941121、941127、76448ZnO47、23408247、1363946、8921647、38062188、6432522.电性能测试数据收集rdd 丿 1 Jig.J1lT-N I- W -I- N-.J.J r-! - *1 J-tl. .1- 7 -丄 - - - -rrHJ Ll一二二二二：二 二一兔七 戈.汇工二矯亠TV血i如 三一