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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，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、學號：08101148常州大學碩士學位論文鐠系(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教師副教授學科、專業(yè)名稱化學工藝研究方向材料化學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、液相燒結過程中活性物質Bi2O3的強揮發(fā)性和高的活性等缺點，而且還具有添加劑種類少、微觀結構簡單易于控制，非線性好、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，然而由于它的燒結溫度高，能耗大，成本相對高的原因，阻礙了它的大規(guī)模應用和商業(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體固有的物理、化學和熱力學特性的制約，難以提高其性能。納米材料和技術在陶瓷上的應用為ZnO壓敏陶瓷的研究提供了新的思路和很多值得借鑒的經驗。本課題以納米ZnO粉體為起始原料，對Pr系ZnO壓敏陶瓷進行了系統(tǒng)的研究，包括固相法制備Pr系ZnO壓敏陶瓷的燒結動力學、微觀結構和電性能及摻雜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構和電性能的影響。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、)，其相對密度隨燒結溫度和保溫時間的增加從72%增加到96%，各種燒結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條件是1300℃下燒結2h，比用微米級ZnO制備ZPMC壓敏陶瓷的燒結溫度降低約50-100℃。在1050-1300℃范圍內，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)密度隨著燒結溫度的升高而升高，略低于ZPMC的密度。ZPMCY陶瓷相結構由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程和抑制晶粒的增長，這是因為Y2O3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溫度的增長從7100V/cm一直降到2470IV/cm。在燒結溫度1275℃時，非線性系數(shù)達到最高為45.3，漏電流達到最低為1.53μA。(3)ZnO-Pr6O11-MnCO3-Co
6、O-Y2O3-Al2O3(簡稱ZPMCYAl)陶瓷相結構由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陶瓷的致密化進程和晶粒增長沒有產生顯著的影響。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，達到了最大值53.4，而漏電流卻是在大范圍內增長。(4)采用sol-gel法制備Pr系ZnO壓敏陶瓷，確定了ZnO摻雜粉體的預燒溫度為700℃，預燒后的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。在燒結溫度1220℃時，壓敏陶瓷微觀結構均勻，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構ZnO，富Pr2O3相和富Pr6O11相構成。溶膠凝膠法制備的壓敏陶瓷的燒結溫度比傳統(tǒng)固相法的燒結溫度降了約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合ZnO摻雜粉體，確
