本文關鍵詞：溶膠-凝膠法制備ZnO壓敏電阻器添加劑的研究

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【摘要】：ZnO壓敏電阻器是一種利用晶界效應工作的多晶半導體陶瓷元件,因其具有優(yōu)良的非線性歐姆特性和大的能量吸收能力而被廣泛應用于電子電力系統(tǒng)中。本論文首先介紹了國內外ZnO壓敏元件的發(fā)展現(xiàn)狀,引出了提高高壓ZnO壓敏電阻器通流能力的必要性。為了提高壓敏元件的通流能力,本文詳細地敘述了溶膠-凝膠法的原理和優(yōu)缺點,并采用溶膠-凝膠工藝以醋酸鈷、五水合硝酸鉍、硝酸鎳和醋酸錳為前驅物,制備了pH=6.00、pH=8.00和pH=10.00的四元系(Co_3O_4、MnO、Bi_2O_3和Ni_2O_3)復合添加劑粉體;以鈷、錳、鉍、鎳的硝酸鹽為前驅物,合成了pH=6.00、pH=8.00、pH=8.50、pH=8.80和pH=9.00的四元系復合粉體;用結晶四氯化錫和鈷、錳、鉍、鎳的硝酸鹽為前驅物制備了pH=8.50和pH=10的五元系(Co_3O_4、MnO、Bi_2O_3、Ni_2O_3和SnO_2)復合納米添加劑粉體;用氯化亞錫和鈷、錳、鉍、鎳的硝酸鹽為前驅物制備了pH=8.60、8.70和8.80的五元系復合納米添加劑粉體。將合成的粉體與其他原料混合按照固相工藝的步驟制備了ZnO壓敏電阻器。對元件進行微觀結構、電性能和通流測試,并與傳統(tǒng)固相合成法制備的壓敏元件進行對比,發(fā)現(xiàn)制備的壓敏元件內晶粒大小一致,各添加劑成分均勻分布,微觀結構均勻性較好,通流性能優(yōu)于固相法制成的壓敏元件。其中以鈷、錳、鉍、鎳的硝酸鹽為前驅物,在pH=8.50時合成的復合粉體制備的壓敏元件的性能最好,其非線性系數α為37.53,漏電流為3.05μA,沖擊電流為1919A時,壓敏電壓變化率為6.48%。五元系Sol-Gel法中,用氯化亞錫和鈷、錳、鉍、鎳的硝酸鹽為前驅物,在pH=8.60時合成的復合粉體制備的壓敏元件的性能相對較好,其非線性系數α為28.97,漏電流為7.12μA,沖擊電流為1909A時,壓敏電壓變化率為12.18%。本文還研究了燒結溫度、電老練、熱老練及電極面積對壓敏元件電性能的影響。實驗結果表明溶膠-凝膠法制備的壓敏元件在1050℃燒結時性能最好。壓敏電阻器在650℃和680℃熱處理后,小電流性能變差,通流性能并沒有得到改善。而將ZnO壓敏電阻器在不同的充電電壓下進行不同次數的電老練后,發(fā)現(xiàn)元件的壓敏電壓下降,非線性系數下降,漏電流增加,通流能力則得到明顯改善;但充電電壓過高時,元件會因為電流過大造成內部結構損壞。此外電極面積的大小不會對壓敏元件的小電流性能造成明顯的影響,但電極直徑越大,元件的通流性能將越好。
【關鍵詞】：ZnO壓敏電阻 Sol-Gel法 熱處理 電老練 通流能力
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM54;TB33
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符號對照表10-11
• 縮略語對照表11-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 國內外發(fā)展現(xiàn)狀14-17
• 1.1.1 國內發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.2 課題的研究背景和意義17-20
• 第二章 ZnO壓敏元件的基本理論20-30
• 2.1 ZnO壓敏電阻器的基本性質20
• 2.2 氧化鋅壓敏電阻器的U-I特性20-21
• 2.3 壓敏電阻器的導電機理21-23
• 2.4 ZnO壓敏電阻器的電性能參數23-25
• 2.4.1 壓敏電壓24
• 2.4.2 非線性系數24
• 2.4.3 漏電流24-25
• 2.4.4 殘壓比25
• 2.4.5 通流能力25
• 2.4.6 能量耐量25
• 2.5 添加劑元素的作用25-27
• 2.5.1 Bi_2O_3在ZnO壓敏陶瓷中的作用25-26
• 2.5.2 SnO_2在ZnO壓敏陶瓷中的作用26
• 2.5.3 Sb_2O_3在ZnO壓敏陶瓷中的作用26-27
• 2.5.4 Co、Mn、Ni元素在壓敏元件中的作用27
• 2.5.5 B、Si、Al等微量元素在壓敏元件中的作用27
• 2.6 ZnO壓敏元件的蛻變機制27-29
• 2.7 壓敏元件的失效29-30
• 第三章 Sol-Gel法合成復合添加劑粉體30-38
• 3.1 溶膠-凝膠法的基本理論30-32
• 3.1.1 溶膠-凝膠法的基本概念30
• 3.1.2 溶膠-凝膠法的基本原理30-31
• 3.1.3 溶膠-凝膠法的優(yōu)缺點31-32
• 3.2 復合添加劑粉體的合成32-35
• 3.2.1 實驗的前期準備32
• 3.2.2 四元系復合添加劑粉體的合成32-34
• 3.2.3 五元系復合添加劑粉體的合成34-35
• 3.2.4 Sol-Gel法合成粉體的實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題35
• 3.3 復合粉體中各元素含量的分析35-38
• 第四章 ZnO壓敏電阻器的制備和測試38-50
• 4.1 實驗儀器與藥品38-39
• 4.1.1 實驗儀器38
• 4.1.2 實驗原料38-39
• 4.2 實驗過程39-42
• 4.2.1 固相法制備ZnO壓敏元件39-40
• 4.2.2 Sol-Gel法制備ZnO壓敏元件40-41
• 4.2.3 ZnO壓敏電阻器的燒結理論41-42
• 4.3 壓敏元件的性能測試42-48
• 4.3.1 小電流性能42-46
• 4.3.2 大電流性能46-48
• 4.4 ZnO壓敏電阻器的形貌表征48-50
• 第五章 熱處理與電老練工藝50-56
• 5.1 熱處理工藝50-52
• 5.1.1 熱處理工藝原理50-51
• 5.1.2 熱處理實驗51-52
• 5.2 電老練工藝52-54
• 5.2.1 電老練工藝原理52-53
• 5.2.2 電老練實驗53-54
• 5.3 電極面積對ZnO壓敏元件電性能的影響54-56
• 第六章 結論56-58
• 參考文獻58-62
• 致謝62-64
• 作者簡介64-65

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本文編號：990188