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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(shí)驗(yàn)手段,系統(tǒng)研究了過渡金屬氧化物Fe2O3和Nb2O5摻雜分別對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果,研究并討論了摻雜Fe2O3和Nb2O5所引入的陽(yáng)離子雜質(zhì)對(duì)ZnO壓敏陶瓷電性能和微結(jié)構(gòu)的影響的微觀作用機(jī)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(shì)基本一致。
(2)Fe2O3摻雜為2.0mol%時(shí),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(yán)重破壞,導(dǎo)致晶粒間界面結(jié)構(gòu)不均勻,產(chǎn)生對(duì)壓敏特性無(wú)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(dāng)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(duì)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(dāng)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(huì)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(duì)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(zhǎng)大使得由3—4個(gè)晶粒圍成的微空洞的開空間增大,而其濃度下降。隨
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