氧化锌压敏陶瓷的制备及性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

氧化锌压敏陶瓷(zno-bi2o3 系)是在氧化锌(zno)中加入少量的氧化铋(bi2o3)、三氧化二钴(co2o3)、二氧化锰(mno2)、三氧化二锑(sb2o3)和三氧化二铬(cr2o3)等添加物,经过混合、成型后在高温下烧结而制成的功能陶瓷,它具有由 n型半导体 zno 晶粒和含杂质偏析的晶界所构成的多晶结构,是一种广泛应用于电力系统和电子电路中的电阻元件[1,2]。氧化锌压敏陶瓷的典型特征是电压与电流之间的非线性关系,其电阻值具有对电压变化很敏感的非线性特性,即压敏性,因而其电压-电流特性关系是一条曲线。当外施电压低于某一临界值时,其电阻很高,通过的电流很小;当外施电压达到或超过此临界值时,其电阻值急剧下降,电流迅速上升。氧化锌压敏陶瓷的电压-电流特性关系曲线与稳压二极管的反向电压电流关系曲线相类似,所不同的是,氧化锌压敏陶瓷没有极性,双向电压-电流关系曲线反对称,就像两个背靠背的稳压二极管,这一特征使得氧化锌压敏陶瓷既可用于直流电路又可用于交流电路,并且压敏电压可适应的电压和电流范围也远比稳压二极管的大,电压可达几伏到几万伏,电流则在微安至数千安之间,其吸收多余能量的容量,最大可达到兆焦耳以上[3-7]。因此,氧化锌压敏陶瓷是用于抑制瞬间高压、吸收浪涌电能的理想器件,被广泛应用于各类电力系统和电子电路中。

自1968年日本松下电器开创氧化锌压敏陶瓷电阻技术的新纪元以来,经过40多年的历程,氧化锌压敏陶瓷广泛地应用于高压电力系统的避雷器和低压电子电路的压敏电阻器,在全世界的应用范围几乎涵盖了所有电力设备和电子设备[8]。在电子陶瓷材料科学领域,氧化锌压敏陶瓷材料已经形成了一门利用晶界效应且不断发展的具有代表性的新型材料的边缘学科,受到了人们越来越多的研究。包括雷电过电压、操作过电压、静电放电及噪声脉冲等,并广泛地用于电力系统和电子电路中,作为稳压和瞬态过电压保护。[9]可以预料,随着氧化锌压敏陶瓷的性能提高和应用技术的开发,它的应用将更加广阔。

近年来,在传统的工业合成方法外,又有许多新的合成方法被发明出来,如气相与燃烧合成、沉淀反应合成、柠檬酸凝胶合成、胺处理合成、微乳液合成、溶胶凝胶合成等,都制备出了电气性能符合使用要求的压敏陶瓷,但是存在成分不均匀、烧结密度低、烧结温度过高等弊端,还有很大的改良空间[10,11]。水热法合成zno的优点主要是纯度高、均匀性好、加工温度低。多组分掺杂氧化物也可以通过混合金属盐的相关盐溶液来制备。通过湿化学方法,可以在原子水平上实现氧化锌颗粒中掺杂离子的均匀性[12]

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

(1)文献调研,了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系;

(2)通过水热法合成片状氧化锌;

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-6周:按照设计方案,氧化锌原料的制备研究。

第7-11周:氧化锌压敏陶瓷的合成和压敏性能表征。

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4. 参考文献(12篇以上)

  1. g.h. chen, j.l. li, y. yang, et al. microstructure and electrical properties of dy2o3-doped zno–bi2o3, based varistor ceramics[j]. materials research bulletin, 2014, 50(2):141-147.

  2. 郭红丽.纳米zno压敏陶瓷结构与性能研究[d].太原:太原理工大学,2005.

  3. c.w. nahm.microstructure and electrical properties of dy2o3-doped zno-pr6o11-based varistor ceramics[j]. materials letters, 2004, 58(17):2252-2255.

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