资源免费
我们一直在努力

CN105294096A一种低电阻氧化锌陶瓷材料及其制备方法[caired.com-彩红网3D模型下载平面素材专利检索网站源码]

本发明涉及一种低电阻氧化锌陶瓷材料及其制备方法,该低电阻氧化锌陶瓷材料由氧化锌和改性添加剂组成,其中氧化锌的含量为96.2~99.7wt%,改性添加剂的含量为0.3~3.8wt%;所述改性添加剂的各组成及其含量如下:Al2O3为0.1~1wt%、MgO为0.1~0.8wt%,TiO2为0.1~1wt%,NiO和/或SiO2为0~1wt%。本发明的氧化锌压敏陶瓷材料具有超低电阻,室温下电阻ρ<5×10-6Ωm,温度系数为1.49×10-3/℃,载流子浓度n>1020cm-3,具有正温度系数,有类金属性。
CN105294096A一种低电阻氧化锌陶瓷材料及其制备方法[caired.com-彩红网3D模型下载平面素材专利检索网站源码]
技术领域

[0001] 本发明涉及一种超低电阻氧化锌(ZnO)陶瓷材料及其制备方法,属于导电陶瓷材料技术领域。

背景技术

[0002] 纤锌矿结构的ZnO是重要的宽禁带半导体,少量的掺杂就可以极大地改善ZnO的电学性能,又由于其原料广泛,环境友好,价格低廉,具有重要的应用前景,广泛应用于压电、压敏、太阳能电池、热电材料。目前ZnO透明导电薄膜及热电材料受到了广泛的关注。

[0003] ZnO透明导电薄膜及热电材料都是基于高电导的η型ZnO。纯ZnO的导电率比较低,需要进一步提高其电导率。施主掺杂改性是提高ZnO导电率最常用的方法,常用的掺杂元素有Al、Ga、In、Mg、Ni和Co等。例如中国专利102584207A号报道了 A1和Mg共掺的ZnO陶瓷,其电阻率可以达到40-50欧姆.厘米;中国专利104018118A号研究了 A1和Ti共掺的ZnO薄膜,其电阻率约为5欧姆•厘米。但是在目前的研究当中,施主元素在ZnO中的固溶度极低,掺杂元素非常容易形成第二相,难以实现有效掺杂,以掺杂效果是最优的A1为例,Tsubota (T.Tsubota, M.0htaki, K.Eguchi and H.Arai, J.Meter.Chem., 1997 (7):85)报道A1的固溶度只有0.5at%。

[0004] 因此如何提高施主杂质在ZnO中的固溶度,以获得高电导氧化锌陶瓷,已成为目前研究者关注的热点。中国专利101905972A号报道了,采用放电等离子体烧结技术(SPS)能够将A1在ZnO中的固溶度提高到5at %,得到的Zr^ XA1X0 (0彡x彡0.05)陶瓷的电阻率为

0.09〜1.5 Ωπι。相对于普通烧结,SPS烧结成本较高,如何提供一种简单有效,成本低廉的方法来获得超低电阻的氧化锌陶瓷材料显得尤为重要。而根据Peng(H.Peng, J.H.Song, Ε.Μ.Hopper, Q.Zhu, T.0.Mason, and A.J.Freeman, Chem.Mater., 2012 (24): 106)的报道,ZnO中的氧空位能够稳定住进入晶格占据Zn格点的二价施主尚子,从而有可能提尚施主在晶格中的固溶浓度。

[0005] 另一方面,对于ZnO多晶材料而目,其电阻主要包括两个部分,晶粒电阻和晶界电阻。晶界处由于大量的缺陷的集聚如悬挂键,空位,其结构和晶粒相比,明显不同。晶粒和晶界的结构差异造成使在晶界附近存在一个肖特基势皇。这样一个势皇能够阻碍电子通过,从而使得晶界电阻远大于晶粒电阻,一般比晶粒电阻高几个数量级。如何有效降低晶界电阻即降低肖特基势皇的高度,对于进一步降低ZnO多晶材料的电阻率显得尤为重要。由于晶界肖特基势皇是由于晶粒和晶界结构差异造成的,如果能够通过结构调整减小晶粒和晶界之间的差异,从而就能够降低晶界肖特基势皇的高度。晶界的特点就是存在大量缺陷,如果能够向晶粒中引入适量的缺陷如氧空位,提高晶粒的无序度,就能降低晶粒和晶界的结构差异。

发明内容

[0006] 针对现有低电阻氧化锌材料存在的上述问题,本发明的目的是提供一种超低电阻的氧化锌压敏陶瓷材料及其制备方法。

[0007] 基于上述分析,为了提高ZnO中A1的固溶量,降低陶瓷的电阻率,本发明提出了一种新的A1惨杂ZnO陶fe及其制备方法。

[0008] 在此,一方面,本发明提供一种超低电阻的氧化锌压敏陶瓷材料,其由氧化锌和改性添加剂组成,其中氧化锌的含量为96.2〜99.7wt %,改性添加剂的含量为0.3〜

3.8wt% ;所述改性添加剂的各组成及其含量如下:A1203为0.1〜lwt%、MgO为0.1〜

0.8wt%,1102为 0.1 〜lwt%,N1 和 / 或 S1 2为 0 〜lwt%。

[0009] 本发明中,A1203作为施主杂质,用以向氧化锌晶格中注入电子,提高载流子浓度;MgO有利于致密化烧结并且能改善其电阻温度系数;Ti02用来控制氧化锌陶瓷的晶粒大小以及提高陶瓷的致密度,N1和/或5102用来进一步提高电导和改善电阻温度系数。因此,本发明的氧化锌压敏陶瓷材料具有超低电阻,室温下电阻P〈5 X 10 6 Ω m,温度系数为

1.49 X 10 3/°C,载流子浓度n>102°cm 3,具有正温度系数,有类金属性。

[0010] 较佳地,N1和/或Si0j9含量为0.4〜lwt%。

[0011] 较佳地,所述改性添加剂含有N1和Si02,其中N1的含量为0.3〜0.8wt%, Si02的含量为0.1〜0.2wt%。

[0012] 另一方面,本发明还提供上述超低电阻的氧化锌压敏陶瓷材料的制备方法,将配方中的各组成原料混合均匀,然后进行干燥、合成、造粒、压制成型、排胶和烧结,即可制得所述超低电阻氧化锌陶瓷材料。

[0013] 本发明成本低廉、工艺简单、综合性能好以及实用性强的优点。

[0014] 较佳地,各组成原料通过如下方式混合均匀:采用氧化锆球或不锈钢球,在行星球磨机中以水作为介质进行湿磨,转速400〜lOOOrpm,料球比10:1〜20:1,球磨6〜8小时。

[0015] 较佳地,所述合成是在1100〜1300°C煅烧1〜4小时。

[0016] 较佳地,所述烧结包括:将陶瓷生坯从室温以2〜5°C /min升高至1100〜1300°C,保温1〜4小时后随炉冷却。

[0017] 较佳地,所述烧结在还原性气氛下进行。通过还原气氛来向材料中引入氧空位,提高施主A1的固溶度并降低晶界肖特基势皇。

[0018] 较佳地,述还原性气氛为N2+C0、和/或Ar+C0。

附图说明

[0019] 图1是不同气氛下烧结样品的电阻率随温度的关系曲线。

赞(0) 打赏
未经允许不得转载:彩红网 » CN105294096A一种低电阻氧化锌陶瓷材料及其制备方法[caired.com-彩红网3D模型下载平面素材专利检索网站源码]
分享到: 更多 (0)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

微信扫一扫打赏