压敏电阻制备与性能的综合实验报告

1、功能材料 压敏电阻制备与性能的综合实验一、实验目的1. 了解 ZnO压敏电阻的制备原理及方法2. 通过 ZnO压敏电阻的制备及性能测试，掌握该压敏电阻的测试方法3. 研究 ZnO压敏电阻伏安特性的非线性效应二、实验原理ZnO压敏电阻可由 ZnO添加少量的 Bi2O3、Sb2O3、Co2O3和 Cr2O3等添加剂烧 结制备而成， 可广泛应用于各种电子领域。 该压敏电阻的伏安特性表现为优异的 非线性，具有强耐浪涌能力以及压敏电压在宽范围内可调等优异特性。 ZnO压敏 电阻在正常电压条件下， 这相当于一只小电容器， 而当电路出现过电压时， 它的 内阻急剧下降并迅速导通， 其工作电流增加几个数量级，

2、从而有效地保护了电路 中的其它元器件不致过压而损坏， 它的伏安特性是对称的， 这种元件是利用陶瓷 工艺制成的。 微观结构中包括氧化锌晶粒以及晶粒周围的晶界层。 氧化锌晶粒的 电阻率很低， 而晶界层的电阻率却很高， 相接触的两个晶粒之间形成了一个相当 于齐纳二极管的势垒， 这就是一压敏电阻单元， 每个单元击穿电压大约为， 如果 将许多的这种单元加以串联和并联就构成了压敏电阻的基体。ZnO压敏电阻器的典型 V-I 特性曲线：非线性系数 是氧化锌压敏电阻最重要参数， 即 I V曲线在非线性区域斜 率的倒数，定义为： 的值越高装置越好，然而，当电流增强， 渐渐改变， 渐渐改变， 值在预击穿区升高了，在

3、击穿区取得了最大值，在翻转区减小，因为随电流 值改变； 的值取决于两个因素即电流值和电压值。其中，V1和V2是电流为 I 1和I 2时对应的电压值 ,氧化锌压敏电阻优于其他压 敏电阻就在于它有更好的 值。本实验采用商业 ZnO粉体，采用低温烧结的方法。 低温烧结的方法主要引入 添加使用易烧结的粉料。 添加剂的作用机理： 一、添加剂的引入使晶格空位增加， 易于扩散。 二、添加剂的引入使液相在较低的温度下生成， 出现液相后晶体能作 粘性流动，因而促进了烧结。三、实验步骤1. 确定氧化锌压电陶瓷摩尔比配方表 1 压敏陶瓷摩尔比配方组分ZnOBi 2O3Cr2O3Co2O3Sb2O3MnO2B2O3K

4、NO3总计：含量 /mol%11002. 依据各组分的摩尔比配方，确定各原料质量百分比配方及配料用量表2 各原料质量百分比及用量组分ZnOBi 2O3Cr2O3Co2O3Sb2O3MnO2H3BO3KNO3总计：含量 /wt%100配料 /g303. 进行配料混合。采用手工研磨，将称量好的原料放入研钵中进行混合研 磨，滴入 4 6 滴 5%PV，A 研磨 30min。4. 研制成型 干压制直径 10mm，厚度为 12mm左右的薄片若干个。5. 烧结 将坯体在 1040的最高烧结温度下烧结并保温 1 小时。6. 被银 将烧好的的制品两面涂银，放入电炉中，在 550下保温 3 5min。 为减少接

5、触电阻， 制得的样品需要进行涂银， 首先将样品表面打磨， 将银浆抹在样品表面，圆片边缘部位不能有银浆，否则易引起上下电极短路7. 测定样品的 I-V 曲线 采用压敏电阻测定仪进行样品的电流与电压值的测定， 通过调整电压值， 从 而在仪器上读出相应电流值，进行记录。四 实验数据处理及结果讨论1. 测定数据汇总分析处理 调节压敏电阻测定仪读出电压与电流的对应值，测得数据总结如下表：表 3 压敏电阻测定仪测得的数据及计算所得非线性系数 电压 V/V样品 1 电流 I/mA非线性系数 电压 V/V样品 2电流 I/mA非线性系数 电压 V/V样品 3电流 I/mA非线性系数 电压 V/V样品 4电流

6、I/mA非线性系数 绘制压敏电阻的 I V特性曲线53000053200Am/ 流电05430 0 0 0 0 Am/ 流电30522030/V25 压电 205053502030验误差分析实验误差来自多个方面， 由各个样品的 I-V 特性曲线可知， 虽然各个样品的 组成成分及其含量是相同的，其特性曲线的总体趋势相同，但在不同的电流下， 各个样品的非线性系数是不同，略有区别。在进行配合料的研磨混合过程中， 会不可避免的损耗一些原料， 混合进行并 不能使各组分混合到均匀程度， 造成各个样品的组分会略有区别， 从而会造成各 个样品的 I-V 特性曲线的不同。在样品的烧结过程中， 由于使用的硅碳棒电阻炉， 其温度场并不能得以均匀 分布，各个样品的所处位置不同， 有可能造成其在相同的时间时所处的温度环境 不同，从而影响其烧结程度，进而影响其性能的测试。在样品的测试过程中， I-V 曲线测定仪的灵敏程度及其精度同样影响样品的 测定，造成实验误差。3. 实验讨论及体会本实验测定 ZnO压敏电阻的 I-V 特性曲线， 由于实验过程中配料、 研磨、烧 结、被银及测试过程中存在各个因素的影响而造成实验结果的差异。通过本实验， 我了解到 ZnO压敏电阻的实验原理， 掌握了其制备方法及测试 方法，对 ZnO压敏电阻