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《鐠系(Pr)納米氧化鋅(ZnO)非線性壓敏功能材料研究》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、學(xué)號:08101148常州大學(xué)碩士學(xué)位論文鐠系(Pr)納米氧化鋅(ZnO)非線性壓敏功能材料研究研究生李剛王茂華指導(dǎo)教師副教授學(xué)科、專業(yè)名稱化學(xué)工藝研究方向材料化學(xué)2011年5月ResearchonthenonlinearvaristorceramicsbasedonNano-ZnO-Pr6O11ADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByLiGang(Chemicalprocess)DissertationSupervisor:Prof.MaoHua-taoMay,2011中文摘要隨著電子信息,家電行業(yè)的發(fā)
2、展,對壓敏電阻器的需求量越來越大,對其性能的要求越來越高,特別是軍事裝備的現(xiàn)代化、信息化對壓敏電阻器的性能提出了更高的要求。由此壓敏陶瓷必須滿足兩個基本要求,一是必須具有較低燒結(jié)溫度。二是必須具有更好的壓敏特性。近年來Pr系ZnO壓敏陶瓷越來越受到研究者的關(guān)注,Pr系ZnO壓敏陶瓷不僅能夠克服Bi系ZnO壓敏陶瓷中添加劑種類較多、液相燒結(jié)過程中活性物質(zhì)Bi2O3的強(qiáng)揮發(fā)性和高的活性等缺點(diǎn),而且還具有添加劑種類少、微觀結(jié)構(gòu)簡單易于控制,非線性好、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),然而由于它的燒結(jié)溫度高,能耗大,成本相對高的原因,阻礙了它的大規(guī)模應(yīng)用和商業(yè)化。傳統(tǒng)的ZnO壓敏
3、陶瓷是以微米級的ZnO粉體為起始原料,電阻器的性能最終會受微米尺度前驅(qū)體固有的物理、化學(xué)和熱力學(xué)特性的制約,難以提高其性能。納米材料和技術(shù)在陶瓷上的應(yīng)用為ZnO壓敏陶瓷的研究提供了新的思路和很多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)。本課題以納米ZnO粉體為起始原料,對Pr系ZnO壓敏陶瓷進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,包括固相法制備Pr系ZnO壓敏陶瓷的燒結(jié)動力學(xué)、微觀結(jié)構(gòu)和電性能及摻雜Y2O3和Al2O3的影響和溶膠凝膠法與液相包覆法分別制備Pr系ZnO壓敏陶瓷及對微觀結(jié)構(gòu)和電性能的影響。主要研究成果如下:(1)傳統(tǒng)固相法制備ZnO-Pr6O11-MnCO3-CoO壓敏陶瓷(簡稱ZPMC
4、),其相對密度隨燒結(jié)溫度和保溫時間的增加從72%增加到96%,各種燒結(jié)條件下的陶瓷晶粒大小均勻,無異常晶粒出現(xiàn),晶粒大小隨著燒結(jié)溫度和保溫時間的增加從2.3μm增加到8.3μm。ZPMC壓敏陶瓷的最佳燒結(jié)條件是1300℃下燒結(jié)2h,比用微米級ZnO制備ZPMC壓敏陶瓷的燒結(jié)溫度降低約50-100℃。在1050-1300℃范圍內(nèi),ZPMC壓敏陶瓷的晶粒生長指數(shù)是3.7,表面活化能為306±61kJ/mol。ZPMC陶瓷的壓敏電壓隨燒結(jié)溫度一直降低,非線性系數(shù)卻一直增加,而漏電流是先變小后變大,但總體上漏電流都較大,需要進(jìn)一步優(yōu)化。(2)ZnO-Pr6O11
5、-MnCO3-CoO-Y2O3壓敏陶瓷(簡稱ZPMCY)密度隨著燒結(jié)溫度的升高而升高,略低于ZPMC的密度。ZPMCY陶瓷相結(jié)構(gòu)由ZnO相和晶界相組成,而晶界相又包括富Pr2O3、富Pr6O11和富Y2O3相。摻雜Y2O3能減緩陶瓷的致密化進(jìn)程和抑制晶粒的增長,這是因?yàn)閅2O3在ZnO相中基本不溶解,絕大多數(shù)都存在于晶界中,從而隔離兩相的緣故。ZPMCY陶瓷的壓敏電壓隨燒結(jié)溫度的增長從7100V/cm一直降到2470IV/cm。在燒結(jié)溫度1275℃時,非線性系數(shù)達(dá)到最高為45.3,漏電流達(dá)到最低為1.53μA。(3)ZnO-Pr6O11-MnCO3-Co
6、O-Y2O3-Al2O3(簡稱ZPMCYAl)陶瓷相結(jié)構(gòu)由ZnO相,ZnAl2O4尖晶石相和富Pr相組成。ZnAl2O4尖晶石相只有在Al2O3摻雜量足夠多以至于超過在ZnO相溶解度的時候才會出現(xiàn),且不會隨著Al2O3摻雜量的增加而變化或消失。摻雜Al2O3對ZPMCY陶瓷的致密化進(jìn)程和晶粒增長沒有產(chǎn)生顯著的影響。陶瓷晶粒隨著Al2O3含量的增33加從3.3μm增長到3.7μm,燒結(jié)密度也從5.41g/cm增加到5.53g/cm。ZPMCYAl陶瓷的壓敏電壓隨著Al2O3摻雜量的增加從5020V/cm下降到1844V/cm,非線性系數(shù)先略有上升后急劇下降
7、,在Al2O3摻雜量為0.01mol%時,達(dá)到了最大值53.4,而漏電流卻是在大范圍內(nèi)增長。(4)采用sol-gel法制備Pr系ZnO壓敏陶瓷,確定了ZnO摻雜粉體的預(yù)燒溫度為700℃,預(yù)燒后的ZnO摻雜粉體粒度分布窄,粉體顆粒呈球狀,屬六方晶系,平均粒徑約為200nm。在燒結(jié)溫度1220℃時,壓敏陶瓷微觀結(jié)構(gòu)均勻,晶粒約為3.2μm。壓敏陶瓷的相組成由主晶相六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO,富Pr2O3相和富Pr6O11相構(gòu)成。溶膠凝膠法制備的壓敏陶瓷的燒結(jié)溫度比傳統(tǒng)固相法的燒結(jié)溫度降了約80℃,宏觀電性能也有了明顯提高,壓敏電壓為910V/mm,非線性系數(shù)為
8、40.2,漏電流為0.3μA。(5)采用液相包覆法制備納米復(fù)合ZnO摻雜粉體,確