压敏电阻制备与性能的综合实验报告.doc

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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，从而有效

2、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3.5V，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α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：α的值越高装置越好，然而，当电流增强，α渐渐改变，α渐渐改变，α值在预击穿区升高了，在击穿区

3、取得了最大值，在翻转区减小，因为随电流α值改变；α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I1和I2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α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ZnOBi2O3Cr2O3Co2O3Sb2O3MnO2B2O3KNO3总计

4、：含量/mol%96.40.50.50.50.50.510.11002.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ZnOBi2O3Cr2O3Co2O3Sb2O3MnO2H3BO3KNO3总计：含量/wt%91.622.7150.8860.9661.6980.5071.4430.165100配料/g27.4860.8150.2660.2900.5090.1520.4330.0495303.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%PVA，研磨30min。4.研制成型干压制直径10

5、mm，厚度为1—2mm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

6、计算所得非线性系数样品1电压V/V5.5715.4225.3234.1449.7659.2364.73电流I/mA0.140.160.170.190.230.280.31非线性系数α—0.130.120.370.511.131.15样品2电压V/V6.1021.1327.8942.5848.3252.4955.12电流I/mA0.180.200.240.350.410.470.55非线性系数α—0.080.660.901.251.653.22样品3电压V/V7.1611.9018.3124.7233.7240.6044.43电流I/mA0.150.190.210

7、.240.290.350.40非线性系数α—0.460.0540.0720.611.011.48样品4电压V/V6.0815.0720.9425.6130.2135.1240.01电流I/mA0.140.170.200.230.260.310.36非线性系数α—0.210.490.690.741.171.15绘制压敏电阻的I—V特性曲线2.实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

8、免的损耗一些原料，混合进