WO-,3-基功能陶瓷高價氧化物摻雜的研究.pdf

1、三氧化鎢(WO<,3>)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的功能材料，在諸如電致變色、有毒氣體探測和光化學(xué)催化等方面已得到較系統(tǒng)的研究。近年來，人們逐步認識到WO<,3>陶瓷的非線性電學(xué)性質(zhì)。由于WO<,3>的介電常數(shù)高，因此可以在微電子學(xué)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。但是，與其它的變阻器材料相比，對WO<,3>陶瓷的研究還遠遠不夠，很多電學(xué)性質(zhì)用現(xiàn)有的非線性理論不能完全解釋。因此通過對鎢基氧化物摻雜改善功能陶瓷電學(xué)性質(zhì)，并對相關(guān)的物理機理進行分析研究，具有重要

2、的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。本文從制備高價氧化物和堿金屬化合物摻雜的WO<,3>多晶陶瓷樣品出發(fā)，以其非線性電學(xué)性質(zhì)為主要研究內(nèi)容，試圖進一步深入了解WO<,3>功能材料的電性質(zhì)。 1)采用一般的電子陶瓷制備工藝，制備了高價摻雜的WO<,3>基復(fù)合陶瓷，研究了不同高價氧化物摻雜對樣品的電學(xué)行為的影響，并分析了相應(yīng)樣品的微觀結(jié)構(gòu)、相結(jié)構(gòu)、非線性等電學(xué)性質(zhì)。主要結(jié)論有： (1)高價氧化物摻雜對WO<,3>晶粒的影響。V<,2>O<

3、,5>、Nb<,2>O<,5>、Ta<,2>O<,5>摻雜WO<,3>均抑制了WO<,3>晶粒的生長， (2)高價氧化物摻雜能抑制了三斜相WO<,3>的生成，使WO<,3>單相化，提高了WO<,3>陶瓷在高電場下的電學(xué)穩(wěn)定性，這對WO<,3>陶瓷作為壓敏電阻是十分有利的。 (3)高價氧化物摻雜對于提高WO<,3>陶瓷的非線性系數(shù)的作用不大。非線性系數(shù)基本上在1～3之間。 (4)當WO<,3>陶瓷中Ta<,2>O<

4、,5>摻雜量為5％的時候，樣品的伏安特性出現(xiàn)了負阻現(xiàn)象。 2)研究了高價和低價氧化物混合摻雜的三氧化鎢陶瓷的電學(xué)性質(zhì)。 實驗結(jié)果表明，五價金屬氧化物和堿金屬氧化物共同摻雜的WO<,3>陶瓷具有較高的致密性和較大的非線性系數(shù)，而且電學(xué)性能穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)負阻現(xiàn)象。 3)研究了兩種高價氧化物(V<,2>O<,5>，Ta<,2>O<,5>)混合摻雜WO<,3>陶瓷的顯微形貌、相結(jié)構(gòu)、Ⅰ-Ⅴ特性、阻抗譜。用電子陶瓷工藝制備

5、了(V<,2>O<,5>，Ta<,2>O<,5>)雙摻雜的WO<,3>電子陶瓷。研究了(V<,2>O<,5>，Ta<,2>O<,5>)雙摻雜對WO<,3>陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)與電學(xué)行為的影響。X射線衍射結(jié)果表明，(V<,2>O<,5>，Ta<,2>O<,5>)摻雜WO<,3>能明顯的抑制三斜相的形成，使WO<,3>陶瓷單相化。Ⅰ-Ⅴ特性測試表明，摻雜V<,2>O<,5>和Ta<,2>O<,5>后，陶瓷的壓敏電壓明顯增大，非線性系數(shù)顯著減小。