稀土氧化物基功能陶瓷的非線性電學(xué)行為研究.pdf

1、稀土元素廣泛地應(yīng)用于發(fā)光材料、激光材料、永磁材料、磁致冷材料、磁致伸縮材料、儲(chǔ)氫材料、高溫超導(dǎo)材料等高技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)引起了廣泛的重視。這些功能材料都是基于稀土作為摻雜元素或者其中的復(fù)合元素，對(duì)稀土基功能材料的研究，特別是稀土基電性功能材料的研究基本上還是一個(gè)空白。本文對(duì)稀土基陶瓷的電學(xué)性能展開了系統(tǒng)地研究，發(fā)現(xiàn)Pr6O11和Tb4O7陶瓷具有非線性電學(xué)行為，可以作為電子和電力系統(tǒng)的保護(hù)裝置。
　　 第1章介紹了稀土元素的種類、基

2、本性質(zhì)和主要應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)了對(duì)稀土基電性功能材料研究的必要性，然后對(duì)壓敏電阻的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，最后提出了本文的研究?jī)?nèi)容。
　　 第2章對(duì)本論文涉及的實(shí)驗(yàn)方法和表征手段進(jìn)行了闡述。實(shí)驗(yàn)方法方面，詳細(xì)描述了本論文所采用的傳統(tǒng)陶瓷制備工藝技術(shù)。表征手段方面，對(duì)微結(jié)構(gòu)、缺陷能級(jí)和晶界勢(shì)壘參數(shù)的分析過(guò)程進(jìn)行了介紹。
　　 第3章對(duì)純氧化鐠陶瓷的微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。當(dāng)燒結(jié)溫度為600℃時(shí)開始出現(xiàn)非線性電學(xué)特性，燒結(jié)溫度

3、超過(guò)1000℃時(shí)氧化鐠陶瓷的相對(duì)密度才有明顯的提高。交流阻抗分析表明在陶瓷晶界處存在晶界高阻層。鑒于在晶界處沒(méi)有偏析相，提出晶界高阻層起源于晶界勢(shì)壘。通過(guò)不同溫度下測(cè)量的伏安特性曲線，證明了雙肖特基勢(shì)壘的存在，并計(jì)算了晶界勢(shì)壘參數(shù)。氧化鐠具有OSC(氧存儲(chǔ))特性，在升溫過(guò)程中釋放氧，在降溫過(guò)程中吸收氧。我們認(rèn)為晶界勢(shì)壘起源于降溫過(guò)程中的氧吸附，并且此觀點(diǎn)得到了AES深度分析的支持。根據(jù)Gupta和Carlson提出的ZnO壓敏電阻的缺陷

4、勢(shì)壘模型，提出了修正的缺陷勢(shì)壘模型用米解釋氧化鐠晶界勢(shì)壘的形成，在耗盡層內(nèi)存在VO*和VO**兩種類型的施主缺陷。與ZnO具有過(guò)量的填隙鋅離子不同的是氧化鐠是氧空位型的n型半導(dǎo)體，因此氧化鐠壓敏電阻具有優(yōu)良的電學(xué)穩(wěn)定性和抗老化能力。
　　 第4章利用液相燒結(jié)和替代反應(yīng)的方法對(duì)氧化鐠陶瓷進(jìn)行了致密化研究。Bi2O3在燒結(jié)過(guò)程中能夠形成液相偏析于晶界區(qū)域促進(jìn)了陶瓷的燒結(jié)性，CuO和ZnO能夠替代氧化鐠品格中的鐠離子，產(chǎn)生的缺陷促進(jìn)了

5、燒結(jié)過(guò)程中的體擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散，從而提高了氧化鐠陶瓷的致密度。提出除了離子半徑，化學(xué)鍵類型也是影響替代反應(yīng)的重要因素。
　　 第5章對(duì)氧化鋱?zhí)沾傻姆蔷€性電學(xué)行為和導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行了研究。氧化鋱壓敏電阻具有較低的壓敏電壓，同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)良的介電性能和能量吸收能力，可以應(yīng)用于微電子電路的過(guò)壓保護(hù)。結(jié)合不同氣氛處理的氧化鋱?zhí)沾傻木Ы鐒?shì)壘參數(shù)，我們認(rèn)為氧化鋱壓敏電阻和氧化鐠壓敏電阻一樣，其非線性也是起源于晶界氧吸附。
　　 第6章制備了

6、Tb系ZnO壓敏電阻和ZnO-Pr6O11復(fù)合壓敏電阻。與Pr6O11一樣，Tb4O7對(duì)ZnO壓敏電阻非線性的產(chǎn)生有關(guān)鍵的作用。根據(jù)氧化鐠和氧化鋱的共性，我們認(rèn)為Tb系ZnO壓敏電阻的非線性應(yīng)該與Tb4O7的氧存儲(chǔ)特性有關(guān)，有必要作進(jìn)一步的研究。制備的ZnO-Pr6O11復(fù)合壓敏電阻具有在1.5～26.9范圍內(nèi)的非線性系數(shù)和在26～829V/mm范圍內(nèi)的壓敏電壓，因此可以通過(guò)改變復(fù)合陶瓷的成分獲得滿足不同實(shí)際需要的壓敏電阻。此外，還給出