稀土氧化物基功能陶瓷的非線性電學行為研究.pdf

1、稀土元素廣泛地應用于發(fā)光材料、激光材料、永磁材料、磁致冷材料、磁致伸縮材料、儲氫材料、高溫超導材料等高技術領域，已經引起了廣泛的重視。這些功能材料都是基于稀土作為摻雜元素或者其中的復合元素，對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空白。本文對稀土基陶瓷的電學性能展開了系統(tǒng)地研究，發(fā)現(xiàn)Pr6O11和Tb4O7陶瓷具有非線性電學行為，可以作為電子和電力系統(tǒng)的保護裝置。
　　 第1章介紹了稀土元素的種類、基

2、本性質和主要應用，強調了對稀土基電性功能材料研究的必要性，然后對壓敏電阻的研究現(xiàn)狀進行了綜述，最后提出了本文的研究內容。
　　 第2章對本論文涉及的實驗方法和表征手段進行了闡述。實驗方法方面，詳細描述了本論文所采用的傳統(tǒng)陶瓷制備工藝技術。表征手段方面，對微結構、缺陷能級和晶界勢壘參數(shù)的分析過程進行了介紹。
　　 第3章對純氧化鐠陶瓷的微結構和電學性能進行了系統(tǒng)地研究。當燒結溫度為600℃時開始出現(xiàn)非線性電學特性，燒結溫度

3、超過1000℃時氧化鐠陶瓷的相對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。鑒于在晶界處沒有偏析相，提出晶界高阻層起源于晶界勢壘。通過不同溫度下測量的伏安特性曲線，證明了雙肖特基勢壘的存在，并計算了晶界勢壘參數(shù)。氧化鐠具有OSC(氧存儲)特性，在升溫過程中釋放氧，在降溫過程中吸收氧。我們認為晶界勢壘起源于降溫過程中的氧吸附，并且此觀點得到了AES深度分析的支持。根據Gupta和Carlson提出的ZnO壓敏電阻的缺陷

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

5、燒結過程中的體擴散和晶界擴散，從而提高了氧化鐠陶瓷的致密度。提出除了離子半徑，化學鍵類型也是影響替代反應的重要因素。
　　 第5章對氧化鋱?zhí)沾傻姆蔷€性電學行為和導電機理進行了研究。氧化鋱壓敏電阻具有較低的壓敏電壓，同時表現(xiàn)出優(yōu)良的介電性能和能量吸收能力，可以應用于微電子電路的過壓保護。結合不同氣氛處理的氧化鋱?zhí)沾傻木Ы鐒輭緟?shù)，我們認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復合壓敏電阻。與Pr6O11一樣，Tb4O7對ZnO壓敏電阻非線性的產生有關鍵的作用。根據氧化鐠和氧化鋱的共性，我們認為Tb系ZnO壓敏電阻的非線性應該與Tb4O7的氧存儲特性有關，有必要作進一步的研究。制備的ZnO-Pr6O11復合壓敏電阻具有在1.5～26.9范圍內的非線性系數(shù)和在26～829V/mm范圍內的壓敏電壓，因此可以通過改變復合陶瓷的成分獲得滿足不同實際需要的壓敏電阻。此外，還給出