氧化鋅壓敏陶瓷個(gè)人總結(jié)

1、 探究摻雜二氧化鈦對(duì)氧化鋅壓敏陶瓷的影響 個(gè)人項(xiàng)目總結(jié) 學(xué) 院 材料與化學(xué)工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 無(wú)機(jī)非金屬材料與工程 班 級(jí) 13級(jí)無(wú)機(jī)非2班 指導(dǎo)教師 徐 海 燕 提交日期 2016、1、2 在大三剛開(kāi)學(xué)的時(shí)候，李燕老師對(duì)我們說(shuō)我們大三的學(xué)生要做一個(gè)CDIO項(xiàng)目，剛聽(tīng)到這個(gè)消息的時(shí)候，我的心里就在想“完了，自己的實(shí)踐能力不好，以前從來(lái)沒(méi)有做過(guò)這種項(xiàng)目，怎么辦呢”，當(dāng)時(shí)不知道怎么辦，就按照老師的說(shuō)法去找指導(dǎo)老師，我和室友一起找的老師是徐海燕老師，剛開(kāi)始去見(jiàn)老師的時(shí)候，什么都沒(méi)有準(zhǔn)備，被老師教育了一頓，后來(lái)我們?cè)谌ヒ?jiàn)老師的時(shí)候，都是先準(zhǔn)備好每個(gè)人要說(shuō)的東西，然后這樣就不會(huì)害怕了，就這樣在老師的指導(dǎo)下

2、，我們一點(diǎn)一點(diǎn)把實(shí)驗(yàn)給做完，得到了我們想要的東西，在這次試驗(yàn)中，我學(xué)到了“學(xué)中做，做中學(xué)”實(shí)驗(yàn)原則和團(tuán)隊(duì)合作的實(shí)驗(yàn)精神，剛開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我們一竅不懂，對(duì)要做什么，怎么去做一點(diǎn)都不了解，從最開(kāi)始的實(shí)驗(yàn)任務(wù)布置下來(lái)，到去圖書(shū)館 網(wǎng)上查找文獻(xiàn)資料，再到實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，以及后來(lái)的實(shí)驗(yàn)具體操作過(guò)程，我從中間的過(guò)程學(xué)到了很多知識(shí)，從對(duì)實(shí)驗(yàn)的一無(wú)所知，到后來(lái)知識(shí)的一點(diǎn)一點(diǎn)總結(jié)，我感覺(jué)到從書(shū)本上學(xué)到的知識(shí)得到了充分的運(yùn)用。 我們一大組有十個(gè)人，后來(lái)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的需要，我們學(xué)要不同條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以我們這一大組分成了三個(gè)小組，我們這組有四個(gè)人，在我們這四個(gè)人之中，每個(gè)人都有自己的任務(wù)，在每一次老師布置任務(wù)下

3、來(lái)之后，我們都會(huì)分工好每個(gè)人需要做的東西，這樣每個(gè)人都有事情可做，避免了有人偷懶的情況。 經(jīng)過(guò)了差不多一個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)，CDIO就快要結(jié)束了，結(jié)題匯報(bào)很快就要進(jìn)行了，在整個(gè)CDIO項(xiàng)目期間，我感覺(jué)最重要的不是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而是實(shí)驗(yàn)過(guò)程讓我們學(xué)到了些什么，需要掌握的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)態(tài)度，要培養(yǎng)我們的是，對(duì)實(shí)驗(yàn)要很認(rèn)真，不能抱著打醬油的態(tài)度，讓自己的同伴來(lái)做整個(gè)實(shí)驗(yàn)，而自己卻在其他地方做一些其他事情，整個(gè)項(xiàng)目的參與過(guò)程讓我體驗(yàn)到了實(shí)驗(yàn)的艱辛，也讓我懂得了項(xiàng)目學(xué)分獲得的不易，真心希望以后可以有更多這樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以讓我們來(lái)做，對(duì)我們以后的操作能力，以及以后步入社會(huì)后，參與到其他重大型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都有很大的幫助。1

4、 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備 無(wú)論在做什么之前，都要有一定的準(zhǔn)備，這樣才不至于等到以后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題重頭再來(lái)，做實(shí)驗(yàn)更是如此。在實(shí)驗(yàn)前期的資料準(zhǔn)備很重要。在網(wǎng)上的文獻(xiàn)檢索與查閱，圖書(shū)館查閱資料，并準(zhǔn)備出實(shí)驗(yàn)的方案。在做一個(gè)實(shí)驗(yàn)之前就要寫(xiě)好實(shí)驗(yàn)方案，每一步要做什么，每一天去做什么，我們要制備的東西是什么，結(jié)構(gòu)組成，怎樣去制備，需要哪些原料，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中怎樣去制備，需要用到哪些儀器，以及樣品制備好以后的檢測(cè)問(wèn)題，參考類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，得到適用于我們自己實(shí)施可行的方案。我們的小組每個(gè)人都有自己的分工，我負(fù)責(zé)的是ZnO壓敏陶瓷的原理特性及表征參數(shù)： ZnO壓敏電阻器是一類(lèi)電阻值與外加電壓成顯著的非線(xiàn)性關(guān)系的半導(dǎo)體陶 瓷，其U-I

5、特性服從關(guān)系式: I=(U/C)ZnO壓敏電阻器常用的性能參數(shù)有壓敏電壓漏電流、非線(xiàn)性系數(shù)、通流值、能量耐量、限制電壓比等，其中壓敏電壓、漏電流、非線(xiàn)性系數(shù)表示了壓敏電阻器的小電流特性，通流值、能量耐量、限制電壓比則表示的是大電流特性。此外，表征壓敏元件性能參數(shù)還有電壓溫度系數(shù)，固有電容等。1. 非線(xiàn)性系數(shù) 壓敏電阻器的非線(xiàn)性系數(shù)，亦稱(chēng)電壓指數(shù)，是指在給定的電壓下，壓敏電阻器U-I特性曲線(xiàn)上某點(diǎn)的靜態(tài)電阻Rj與動(dòng)態(tài)電阻Rd之比值，即：或式中，U ：施加于壓敏電阻器上的電壓；I ：流過(guò)壓敏電阻器的電流；C ：材料系數(shù)。材料系數(shù)C的量綱為歐姆，其數(shù)值等于流過(guò)壓敏電阻器的電流為1A時(shí)的電壓值。若己知

6、壓敏電阻器的C值，由式(3)、式(4)和式(5)就可以求出壓敏電阻器任意電壓下的電流值。而對(duì)于實(shí)際的壓敏電阻器，在整個(gè)U-I關(guān)系范圍，并不是一個(gè)常數(shù)。在預(yù)擊穿區(qū)和回升區(qū)，值都很?。辉趽舸﹨^(qū)，值很大，可以達(dá)到50以上。本文中提到的非線(xiàn)性系數(shù)，是在I=1mA的條件下的值。2. 壓敏電壓U1mA壓敏電阻的線(xiàn)性向非線(xiàn)性轉(zhuǎn)變的電壓轉(zhuǎn)變時(shí)，位于非線(xiàn)性的起點(diǎn)電壓正好在I-V曲線(xiàn)的的拐點(diǎn)上，該電壓確定為元件的啟動(dòng)電壓，也稱(chēng)為壓敏電壓， 是由阻性電流測(cè)試而得的。由于I-V曲線(xiàn)的轉(zhuǎn)變點(diǎn)清晰度不明顯，多數(shù)情況下是在通1mA電流時(shí)測(cè)量的，用U1mA來(lái)表示。對(duì)于一定尺寸規(guī)格的ZnO壓敏電阻片，可通過(guò)調(diào)節(jié)配方和元件的幾何

7、尺寸來(lái)改變其壓敏電壓。亦有使用10mA電流測(cè)定的電壓作為壓敏電壓者，以及使用標(biāo)稱(chēng)電流測(cè)試者，標(biāo)稱(chēng)電壓定義為0.5mA/cm2，電流密度測(cè)定的電場(chǎng)強(qiáng)度E0.5表示，對(duì)于大多數(shù)壓敏電阻器而言，這個(gè)值更接近非線(xiàn)性的起始點(diǎn)。3. 漏電流IL壓敏電阻器進(jìn)入擊穿區(qū)之前在正常工作電壓下所流過(guò)的電流，稱(chēng)為漏電流IL。漏電流主要由三部分貢獻(xiàn)：元件的容性電流，元件的表面態(tài)電流和元件晶界電流。一般對(duì)漏電流的測(cè)量是將0.83倍U1mA的電壓加于壓敏電阻器兩端，此時(shí)流過(guò)元件的電流即為漏電流。根據(jù)壓敏電阻器在預(yù)擊穿區(qū)的導(dǎo)電機(jī)理，漏電流的大小明顯地受到環(huán)境溫度的影響。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，漏電流較大；反之，漏電流較小?？梢酝ㄟ^(guò)

8、配方的調(diào)整及制造工藝的改善來(lái)減小壓敏電阻器的漏電流。研究低壓元件的漏電流來(lái)源是很重要的，為了促進(jìn)ZnO晶粒的長(zhǎng)大，低壓元件中通常會(huì)添加大量的TiO2，過(guò)量摻雜造成壓敏元件漏電流增大69，在元件性能測(cè)試時(shí)容易引入假象，例如壓敏電壓和啟動(dòng)電壓偏離較大。測(cè)試元件的非線(xiàn)性時(shí)，我們希望漏電流以通過(guò)晶界的電流為主。但低壓元件普遍存在吸潮現(xiàn)象，初燒成的低壓元件漏電流可以保持在420A內(nèi)，放置824h后，元件的漏電流可以增大到200A。這樣的元件的晶界非線(xiàn)性并沒(méi)有被破壞，但卻表現(xiàn)出非線(xiàn)性低，壓敏電壓也稍有降低的表象。3.通流值通流能力是衡量壓敏電阻工作區(qū)的好壞的指標(biāo)。按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通流值為壓敏電阻器允許通過(guò)的最

9、大電流值。采用二次沖擊測(cè)試，以8/20s波形脈沖電流作二次最大電流沖擊，需保證壓敏電壓變化率小于10%。壓敏電阻器的通流能力與材料的化學(xué)成分、制造工藝及其幾何尺寸等因素有關(guān)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)材料的配方和工藝制度，以獲得性能優(yōu)良的壓敏電阻器。 通流能力的提高，對(duì)于提高ZnO壓敏電阻器的性能非常重要，它顯示出了ZnO壓敏電阻器能夠承受多大電流沖擊和大電流沖擊后性能的穩(wěn)定性。因此，提高ZnO壓敏電阻器的通流能力是很有意義的。4.限制電壓比限制電壓比是指在通流能力實(shí)驗(yàn)中通過(guò)特定電流時(shí)加在壓敏電阻器兩端的電壓Up與壓敏電壓U1mA的比值。它體現(xiàn)了壓敏電阻器在大電流通過(guò)時(shí)的非線(xiàn)性特性，限制電壓比越小，越能起到保

10、護(hù)電路的作用。通流值和限制電壓比一同反映了壓敏電阻工作特性的好壞，即是壓敏電阻通流值越大越能吸收浪涌電流，限制電壓比越小，分流作用就越明顯，保護(hù)特性就越好。 這是我在準(zhǔn)備ZnO壓敏陶瓷的原理特性和表征參數(shù)涉及到的知識(shí)點(diǎn)時(shí)用到的書(shū)籍。2 運(yùn)用相關(guān)理論知識(shí)設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案ZnO是六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶胞結(jié)構(gòu)如圖，其化學(xué)鍵處于離子鍵與共價(jià)鍵的中間鍵型狀態(tài)，氧離子以六方密堆，鋅離子占據(jù)一半的四面體空隙，鋅和氧都是四面體配位。ZnO是相對(duì)開(kāi)放的晶體結(jié)構(gòu)，開(kāi)放的結(jié)構(gòu)對(duì)缺陷的性質(zhì)及擴(kuò)散機(jī)制有影響，所有的八面體間隙和一半的四面體間隙是空的，正負(fù)離子的配位數(shù)均為4，所以容易引入外部雜質(zhì)，ZnO熔點(diǎn)為2248，密度

11、為5.6g/cm3，純凈的ZnO晶體，其能帶由02-的滿(mǎn)的2p電子能級(jí)和Zn2+的空的4s能級(jí)組成，禁帶寬度為3.23.4eV，因此，室溫下，滿(mǎn)足化學(xué)計(jì)量比的純凈ZnO應(yīng)是絕緣體，而ZnO中最常見(jiàn)的缺陷是金屬填隙原子，所以它是金屬過(guò)剩(Zn1+xO)非化學(xué)計(jì)量比n型半導(dǎo)體，其能帶結(jié)構(gòu)如圖。等認(rèn)為，在本征缺陷中，填隙鋅原子擴(kuò)散最快，對(duì)壓敏電阻穩(wěn)定性有很大影響。 ZnO壓敏電阻的缺陷除ZnO的本征缺陷外，雜質(zhì)元素的添加是影響其壓敏性能的極其重要的因素。國(guó)內(nèi)外研究人員進(jìn)行了大量研究工作，取得了大量的成果。晶體中雜質(zhì)的進(jìn)入或缺陷的存在，將破壞部分正常晶格的平移對(duì)稱(chēng)性，產(chǎn)生以雜質(zhì)離子或缺陷為中心的局域振

12、動(dòng)模式，從而形成新的能級(jí)，這些新的能級(jí)一般位于禁帶之內(nèi)，具有積累非平衡載流子(電子或空穴)的作用，這就是所謂的陷阱效應(yīng)1011， 一般把具有顯著陷阱效應(yīng)的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)稱(chēng)為陷阱，相應(yīng)的雜質(zhì)或缺陷成為陷阱中心。電子陷阱是指一類(lèi)具有相變特征的受主粒子(Mn、Cu、Bi、Fe、Co等)對(duì)電子形成的一種束縛或禁錮狀態(tài)。從晶體能帶理論來(lái)解釋,它是指由于各種原因使得晶粒中的導(dǎo)帶彎曲或不連續(xù)，從而在導(dǎo)帶中形成的勢(shì)阱12；從晶體結(jié)構(gòu)來(lái)看，電子陷阱是指某些晶格點(diǎn)或晶體具有結(jié)構(gòu)缺陷，這種缺陷通常帶有一定量的正電荷，因而能夠束縛自由電子13，正如一般電子為原子所束縛的情況，電子陷阱束縛的電子也具有確定的能級(jí)。 到目

13、前為止，人們對(duì)低壓化及摻雜改性方面己經(jīng)作了很多研究工作，得到了許多有價(jià)值的結(jié)果，如Co、Mn、Sb等可改善非線(xiàn)性指數(shù)，Bi、Pr、Ba、Sr、Pb、U等可使ZnO晶粒絕緣和提供所需元素(O2、Co、Mn、Zn等)到晶界，Co、玻璃料、Ag、B、Ni、Cr等的添加可改善穩(wěn)定性，而A1、Ga、F、Cr等可改善大電流非線(xiàn)性指數(shù)(形成ZnO晶粒中的施主)，Sb及Si可抑制晶粒生長(zhǎng)，Be、Ti、Sn則可促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)。根據(jù)前期文獻(xiàn)調(diào)研確定了影響低壓 ZnO 壓敏陶瓷電性的6個(gè)主要摻雜元素：Bi、Ti、Co、Mn、Sn、Sb。我們于是決定探究摻雜Ti對(duì) ZnO 壓敏陶瓷的影響，對(duì)此我們?cè)O(shè)置了四組平行試驗(yàn)。三

14、實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，操作過(guò)程 從開(kāi)始實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)結(jié)束差不多進(jìn)行了2個(gè)月的時(shí)間。通過(guò)前期的計(jì)算，需要的原料質(zhì)量。計(jì)算出來(lái)之后實(shí)根據(jù)質(zhì)量和配比稱(chēng)量。接下來(lái)進(jìn)行球磨，球磨用到的是行星式球磨機(jī)，在接下來(lái)進(jìn)行的是烘干，造粒，壓片，排膠，燒結(jié)，披銀，焊電極，檢測(cè)。其中我認(rèn)為比較重要的步驟是燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程需要營(yíng)造一個(gè)燒結(jié)環(huán)境，確保燒結(jié)后的胚體嚴(yán)密結(jié)實(shí)。 在燒結(jié)之前需要添加粘合劑促進(jìn)原料的造粒，添加了粘結(jié)劑之后可以使樣品緊合致密，壓出來(lái)的粒狀樣品才不會(huì)膨松。這樣就為后面能燒結(jié)出致密的陶瓷坯體奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 燒結(jié)過(guò)程是坯體成為堅(jiān)硬致密體的過(guò)程。燒結(jié)溫度如果設(shè)定不好，就會(huì)使陶瓷出現(xiàn)多孔多晶多相，這不僅影響陶瓷的致密度，

15、還會(huì)影響它的物相分析。所以在燒結(jié)時(shí)要盡量趕走氣孔、使坯體表面光潔度很高。 在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候要遵循實(shí)驗(yàn)室守則，科學(xué)使用實(shí)驗(yàn)儀器，避免儀器的損壞，在剛開(kāi)始?jí)浩臅r(shí)候，我們就因?yàn)閷?duì)儀器的不了解，造成了壓片機(jī)的損壞，下面是我們進(jìn)行壓片時(shí)拍的圖片。披銀時(shí)拍的圖片焊接電極時(shí)拍的圖片測(cè)量表征參數(shù)時(shí)拍的圖片4、 處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析 1.前期的計(jì)算百分摩爾比Ti1Ti2Ti3Ti4總物質(zhì)的量TiO20.0030.0050.010Bi2O30.0050.0050.0050.005Co2O30.0050.0050.0050.005Cr2O30.0050.0050.0050.0050.6MnCO30.0050.

16、0050.0050.005Sb2O30.010.010.010.01ZnO0.9670.9650.960.97物質(zhì)的量La2O30.00180.0030.0060Bi2O30.0030.0030.0030.003Co2O30.0030.0030.0030.003Cr2O30.0030.0030.0030.003MnCO30.0030.0030.0030.003Sb2O30.0060.0060.0060.006ZnO0.58020.5790.5760.582質(zhì)量總質(zhì)量TiO20.14381640.2396940.47938800.8628984Bi2O31.397881.397881.397881.397885.59152Co2O30.497580.497580.497580.497581.99032Cr2O30.4560.4560.4560.4561.824MnCO30.344850.344850.344850.344851.3794Sb2O31.941121.941121.941121.941127.76448ZnO47.23408247.1363946.8921647.38062188.6432522.