掺杂物离子半径与ZnO压敏电阻结构和性能的关系

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1、论文分类号：２学校代码：１０７０８学号：１５０９００６龜淡蚤＃技ＡｆＳＨＡＡＮＸＪＵＮＩＶＥＳＳＩＴＶＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ掺杂物离子半径与ＺｎＯ压敏电阻结构和性能的关系张诚指导教师姓名：刘建科教授学科名称：新能源材料与工程论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：掺杂物离子半径与ZnO压敏电阻结

2、构和性能的关系学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：文理学院硕士生：张诚导师：刘建科2018年5月TheRelationshipBetweenIonicRadiusofDopantsandtheStructureaswellasPerformanceofZnOVaristorsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMaste

3、rofEngineeringScienceByChengZhangSupervisor:Prof.JiankeLiuMay2018掺杂物离子半径与ZnO压敏电阻结构和性能的关系摘要自ZnO压敏电阻问世以来，由于其具有价格低廉、稳定性好、响应速度快、使用寿命长和对环境友好等优点，得到了各国研究人员的关注。目前，ZnO压敏电阻被广泛用于电子、电力的电路保护中。研究人员常通过掺杂其他离子来提升ZnO压敏电阻性能。本文通过实验研究了Y2O3、V2O5、Er2O3掺杂和ZnO压敏电阻性能之间的关系，通过数理分析得到了掺

4、杂物离子半径和ZnO压敏电阻性能之间的关系。（1）不同掺杂量的Y2O3对ZnO压敏电阻性能的影响采用固相烧结法，根据(98.0-x)mol%ZnO+1.0mol%Pr6O11+0.5mol%CoO+0.5Cr2O3+xmol%Y2O3的摩尔比例制取试样，以此研究Y2O3掺杂量和该Zn-Pr系电阻陶瓷性能的关系。通过实验表面，当Y2O3掺杂量增加时，ZnO的平均晶粒尺寸和烧结密度呈现不断下降的趋势，击穿场强先下降后上升，非线性系数、损耗角正切表现出“增大-减小-增大”的变化规律，与此相反，漏电流测量数值表现为“

5、减小-增大-减小”的变化规律，相对介电常数单调下降。当掺杂量为1.0mol%时，得到的压敏电阻性能最优，其击穿场强为2843V/cm，非线性系数为42.2，漏电流为1.5µA。（2）不同掺杂量的V2O5对ZnO压敏电阻性能的影响采用多元配方，选定(98.0-x)mol%ZnO+1.0mol%Pr6O11+0.5mol%CoO+0.5mol%Cr2O3+xmol%V2O5为配方制备样品，研究了V2O5掺杂量对ZnO压敏电阻陶瓷微观结构、物相组成、压敏性能以及介电性能的影响。研究表明，随着掺杂V2O5量增加，Zn

6、O的平均晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势，烧结密度一直下降，击穿场强、非线性系数及相对介电常数均呈现先增大后减小的变化趋势，而漏电流、损耗角正切变化均呈现为先减小后增大的变化规律。当掺杂量为1.5mol%时，得到的压敏电阻性能最优，其击穿场强高达1066V/mm，非线性系数为44.5，漏电流仅为0.79µA。（3）不同掺杂量的Er2O3掺杂浓度对ZnO压敏电阻性能的影响使用固相烧结法，按照(98.0-x)mol%ZnO+1.0mol%Pr6O11+0.5mol%CoO+0.5Cr2O3+xmol%Er2O3制备

7、样品，分析Er2O3掺杂量和ZnO电阻陶瓷微观结构、压敏性能及介性能的关系。通过实验数据可得，增加Er2O3掺杂量，I使ZnO的平均晶粒尺寸先增大后减小，而烧结密度却不断上升；击穿场强呈现“增大-减小”的变化，非线性系数及相对介电常数在Er2O3掺杂量的影响下，其数值先变大后减小，而漏电流和损耗角正切的测量值却先减小后增大。当掺杂量为2.0mol%，压敏电阻性能最优，其击穿场强为2576V/cm，非线性系数为29.7，漏电流为20.9µA。（4）研究了掺杂物离子半径与ZnO压敏电阻结构和性能的关系研究了掺杂离

8、子半径和ZnO压敏电阻的最大击穿场强、晶界击穿电压稳定性、最大非线性系数之间的关系。利用软件拟合得到掺杂物离子半径和ZnO压敏陶瓷最大击穿场强、平均晶界击穿电压稳定性、最大非线性系数之间的关系曲线，并给出了拟合方程，结合固溶体形成机理和能量最低原理方面的理论知识，给出了理论说明。关键词：ZnO压敏电阻，掺杂，离子半径IITheRelationshipBetweenIonicRadiusofDopan