Fe-,2-O-,3-和Nb-,2-O-,5-摻雜對ZnO壓敏陶瓷電性能和微結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、本文以正電子湮沒輻射Doppler展寬譜儀、正電子湮沒壽命譜儀、掃描電鏡(SEM)等為實驗手段，系統(tǒng)研究了過渡金屬氧化物Fe2O3和Nb2O5摻雜分別對ZnO—Bi2O3—SnO2—Co2O3—MnO2—TiO2—Ni2O3系及ZnO—Bi2O3—TiO2系壓敏陶瓷電性能和微結(jié)構(gòu)的影響。根據(jù)實驗結(jié)果，研究并討論了摻雜Fe2O3和Nb2O5所引入的陽離子雜質(zhì)對ZnO壓敏陶瓷電性能和微結(jié)構(gòu)的影響的微觀作用機理。結(jié)論如下：
　　 (1

2、)隨著摻雜Fe2O3摩爾含量的增加，在各燒結(jié)溫度下ZnO壓敏陶瓷的壓敏電壓V1mA、漏電流IL和非線性系數(shù)α隨著摻雜Fe2O3摩爾含量不同而變化，并且壓敏電壓V1mA和非線性系數(shù)的變化趨勢基本一致。
　　 (2)Fe2O3摻雜為2.0mol％時，壓敏電壓、非線性系數(shù)最低；SEM照片顯示其晶界結(jié)構(gòu)被嚴重破壞，導致晶粒間界面結(jié)構(gòu)不均勻，產(chǎn)生對壓敏特性無效的晶界；EDS分析圖譜表明Fe元素大部分固溶在尖晶石相中。
　　 (3)

3、電鏡分析表明，含0.2mol％的Nb2O5樣品中的平均晶粒尺寸最大，其壓敏電壓最低。適當控制Nb2O5的摻雜量，可以獲得較低的壓敏電壓和較好的非線性系數(shù)。
　　 (4)Fe2O3摻雜對ZnO壓敏陶瓷的正電子湮沒輻射Doppler展寬譜研究表明：隨著燒結(jié)溫度的升高，F(xiàn)e2O3在ZnO晶格中固溶度增加，當Fe原子取代Zn原子后，正電子與3d電子湮沒的概率增加。另一方面ZnO晶粒大小不同，晶界或相界數(shù)量及Fe2O3在晶界層偏析程度的差

4、異，將引起材料中空位、微空洞及正電子湮沒率的變化。由于以上兩方面的原因，隨著摻雜Fe2O3摩爾含量的增加，使得Fe2O3摻雜1100℃燒結(jié)的ZnO壓敏陶瓷商譜的譜峰值先下降繼而上升最后再下降，而1280℃燒結(jié)的ZnO壓敏陶瓷商譜譜峰值先上升再下降。
　　 (5)Fe2O3摻雜ZnO壓敏陶瓷的正電子壽命譜研究表明：正電子會被鋅空位和微空洞捕獲。隨著摻雜Fe2O3摩爾含量的增加，使得Fe2O3摻雜1100℃燒結(jié)的ZnO壓敏陶瓷平均壽

5、命τM先上升繼而下降最后再上升，而1280℃燒結(jié)的ZnO壓敏陶瓷平均壽命τm先下降再上升。
　　 (6)對1200℃燒結(jié)的Nb2o5摻雜ZnO壓敏陶瓷，隨著Nb2o5摩爾含量的增加，ZnO壓敏陶瓷的正電子Doppler商譜譜峰值先上升再下降。
　　 (7)隨著摻雜Nb2O5摩爾含量的增加，ZnO壓敏陶瓷中鋅空位濃度先減少后增加。隨著燒結(jié)溫度的升高，起初，晶粒長大使得由3—4個晶粒圍成的微空洞的開空間增大，而其濃度下降。隨