纳米掺杂agsnolt2gt电接触材料的计算与研究

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1、中文摘要AgCdO电触头材料中含有有毒金属Cd，目前国家已禁止在家用电器和汽车上使用。AgSn02电触头作为一种新型无污染的替代材料，具有优良的抗电弧侵蚀性、耐磨损性和良好的抗熔焊性，在实际制造和使用过程中正在取代AgCdO材料，成为电触头材料的主力军。但是AgSn02材料存在接触电阻大，温升高，加工困难等缺点。其主要原因在于Sn02是一种宽禁带半导体，近乎绝缘，使得材料的电阻增大，导致温升高。因此改善Sn02的导电性成为一项急待解决的重要工作。研究表明，采用半导体掺杂理论对Sn02进行掺杂改性，是解决这个问题一个很好的方法。本文首先采用C嬲tep

2、软件分别对Bi、Cu、Ni、Co、Ti五种元素掺杂的Sn02体系进行第一性原理计算，结合半导体理论，通过分析掺杂体系几何优化结果及能带结构、电子态密度、差分电荷密度分布等计算结果，从理论上证明，几种掺杂元素都能在一定程度上提高Sn02的导电性，最佳掺杂比率(原子比)为5％和最佳掺杂元素为Bi，其他依次为Ti、Cu、Ni、Co。根据计算结果，采用溶胶．凝胶法分别制备了以上五种掺杂Sn02纳米粉末(掺杂原子比率均为5％)，微观分析表明掺杂并没有改变Sn02晶体结构，掺杂元素进入Sn02晶格，粉体粒径达到10"--25nm，通过掺杂Sn02的导电性得到明

3、显改善。其中掺杂体系为Sn02一Bi的纳米粉，导电率提高了三个数量级，其他依次是Sn02．Cu、Sn02．Ti、Sn02-Ni、Sn02．Co，实验结果与理论计算结果基本吻合。在纳米掺杂粉末制备基础上，采用粉末冶金法制备了五种纳米掺杂的AgSn02电触头，对其密度、硬度、抗压强度和导电性能进行了测试，并与国标相比较。实验结果表明，实验制备的纳米电触头材料的导电性、硬度、和抗压强度都有明显的提高，各项性能均优于国家标准。关键词：AgSn02电接触材料纳米掺杂Sn02第一性原理ABSTRACTChinahasforbiddenusingAgCdOcon

4、tactmaterialonthehouseholdappliancesbecauseofthepoisonouselementCdwhichexistsinit．AndasthesubsitituteofAgCdOcontactmaterial，AgSn02contactmaterialhasmuchmorestrongpoints，forexample，excellentelecticarcresistant，standwearandtear,andwellfusionweldingresistantandSOon．Itisreplacingt

5、heAgCdOmaterialtobecomethemainforceinthecontactmaterial．Buttherearealsosomedefectsinit，forexample，largecontactresistance，hightemperaturerise，difficulttobemachined．ThemaincausationisthatSn02isakindofwidegapandalmostinsulatedsemiconductor,anditmakestheresistanceofcontactincrease

6、andthenmakesthetemperaturerisehigher．Sotheimprovementofthe血oxide’Selectricconductivityistooimpatienttowait．AndithasbeenprovedthatdopingwasaneffectivemethodtOtheproblems．Firstofall，weCalTyoutthefirstprinciplecalculationtotheBi，Cu，Ni，Co，andTidopingSn02respectively．Thencombinethe

7、semiconductortheorytomaketheimportantconclusionabstractlybyanalyzingthegeometricoptimizationresultandthebandstructure，densityofstate，electrondensitydifferenceofthedopingsystem．TheconclusionisthatallofthesedopingelementscallimprovethespecificconductanceofSn02．andthebestdopingra

8、tiois5％andthebestdopingelementisBi，theothersareTi，Cu，Ni，Coint