直流老化对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

在电场为3.5 kV/cm的条件下, 对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷进行了60 h的直流老化, 研究了老化过程对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷介电性能和电气特性的影响. J-E特性测试结果表明, 直流老化导致CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷击穿场强、非线性系数和势垒高度明显降低. 介电性能测试结果表明, 低频介电常数和介电损耗明显增大, 并且介电损耗随频率的变化遵从Debye弛豫理论, 可分解为直流电导损耗和弛豫损耗, 直流老化主要导致了电导损耗的增加. 在低温233 K, 介电损耗谱中出现两个弛豫峰, 其活化能分别为0.10, 0.50 eV, 认为对应着晶粒和畴界的弛豫过程, 且不随直流老化而变化. 通过电模量谱对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的弛豫过程进行了表征, 发现直流老化导致的界面空间电荷在外施交变电场的作用下符合Maxwell-Wagner极化效应, 并在低频区形成新的弛豫峰. 在高温323-473 K的阻抗谱中, 晶界弛豫峰在直流老化后明显向高频移动, 其对应的活化能从1.23 eV 下降到0.72 eV, 晶界阻抗值下降了约两个数量级. 最后, 建立了CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的阻容电路模型, 分析了介电弛豫过程与电性能之间的关联.     

ZnO压敏陶瓷缺陷结构表征及冲击老化机理研究

对多元ZnO压敏陶瓷电阻片进行了多达14000次的大电流冲击老化试验, 通过显微结构、电气性能及介电特性的测量对其缺陷结构进行了表征, 并研究了缺陷结构与大电流冲击老化之间的关系. 试验表明多次大电流冲击老化导致试样的电气性能明显下降, 发现ZnO压敏陶瓷的几何效应不仅受控于晶粒还与晶界密切相关. 另外, 通过介电谱分析观察到ZnO压敏陶瓷存在四种缺陷弛豫过程, 低温-60 ℃下的两个缺陷弛豫峰激活能约为0.24 eV和0.35 eV, 认为它们分别对应着本征的锌填隙缺陷L(Zn_i^··)和氧空位缺陷L(V_O^·)并且不受冲击老化的影响. 高温80℃以上两个松弛峰的活化能约为0.71 eV和0.84 eV, 认为它们分别对应着非本征的晶间相电子陷阱L(ingr)和晶界处界面态陷阱L(gb). 发现大电流冲击后, 仅界面态陷阱激活能从0.84 eV降低到0.76 eV, 认为界面态陷阱主要控制着ZnO压敏陶瓷的电气性能和稳定性.     

ZnO压敏陶瓷中缺陷的介电谱研究

从理论上证明了介电松弛过程在介电谱上等效于电子松弛过程,认为室温下10⁵Hz处特征损耗峰起源于耗尽层处本征缺陷所形成的电子陷阱.在-130—20℃范围内测量了三种配方ZnO陶瓷的介电频谱,发现ZnO压敏陶瓷室温下10⁵Hz处的特征损耗峰在低温下分裂为两个特征峰,认为它们起源于耗尽层中的本征缺陷(锌填隙或/和氧空位)的电子松弛过程.发现ZnO-Bi₂O₃二元系陶瓷特征峰仅仅由锌填隙引起,而ZnO-Bi_{2关键词： ZnO压敏陶瓷 本征缺陷 介电谱 热处理}     

ZnO压敏陶瓷介电损耗的温度谱研究

利用Novocontrol宽频介电谱仪在-100—20 ℃温度范围内测量了ZnO-Bi₂O₃系压敏陶瓷的介电频谱,其频率范围为10^-2—10⁶ Hz. 研究表明： ZnO压敏陶瓷特征损耗峰的活化能分别为0.26和0.36 eV,结合实验条件、理论计算结果及其他现象的分析排除了特征损耗峰源于阴极电子注入、夹层极化和偶极子转向极化的可能.热刺激电流（TSC）谱共出现三个峰,其中高温峰对应于TSC实验加压过程引入的热离子极化,而中温峰和低温峰对应于介电损耗峰. 在分析的基础上,提出了ZnO压敏陶瓷的特征损耗峰起源于耗尽层内本征缺陷的电子弛豫过程. 关键词： ZnO压敏陶瓷 本征缺陷 介电谱 热刺激电流     

ZnO-Bi2O3系压敏陶瓷的晶界电子结构

测量了ZnO-Bi₂O₃系压敏陶瓷在不同温度下的介电频谱,基于压敏陶瓷介电特征损耗峰起源于耗尽层内本征缺陷电子松弛过程的理论,计算了ZnO的本征缺陷结构,并进一步求出了晶界的微观电参数和宏观单晶界击穿电压.单晶界击穿电压的理论值与实验测量值符合得很好,这表明本文建立的基于介电谱计算本征缺陷的方法是有效的. 关键词： ZnO压敏陶瓷 晶界电子结构 介电谱     

沉淀剂对ZnO压敏陶瓷缺陷结构和电气性能的影响

研究了不同沉淀剂(NH₄HCO₃和NaOH)对共沉淀法制备的ZnO压敏陶瓷性能的影响. 结果表明: 不同的沉淀剂对ZnO压敏陶瓷的微观结构及电气性能有明显的影响. 其中陶瓷微观结构的变化主要由沉淀剂本身的性质引起; 而电气性能的改变除了与微观结构相关外, 主要受不同沉淀剂对陶瓷晶界势垒参数的影响; 此外, 沉淀剂NaOH引入的Na⁺作为施主杂质离子掺杂ZnO压敏陶瓷, 增加晶粒中的自由电子浓度, 因此本征缺陷(锌填隙和氧空位)浓度受到抑制, 而锌填隙浓度相对于氧空位而言对施主离子掺杂更为敏感. 由此, 采用共沉淀法制备ZnO压敏陶瓷粉体时, 沉淀剂种类的选择很重要, 即使微量的杂质也会引起压敏陶瓷性能的较大改变, 应尽可能避免杂质离子的引入. 关键词： ZnO压敏陶瓷 缺陷结构 沉淀剂 介电性能     

ZnO-Bi_2O_3系压敏陶瓷缺陷弛豫特性的研究进展

由于具有良好的非欧姆特性,ZnO压敏陶瓷被广泛用于电子线路和电力系统的浪涌吸收和瞬态过电压抑制,因此,ZnO压敏陶瓷材料的发展一直备受国内外学者和业界的关注.然而,ZnO压敏陶瓷内部的缺陷结构及其引起的弛豫过程与ZnO压敏陶瓷电性能之间的关联还不清楚,一直是研发新型ZnO压敏陶瓷所要面临的挑战.本文综述了ZnO压敏陶瓷的缺陷类型、理论计算,着重分析了不同缺陷的相应弛豫表征方法,并对ZnO压敏陶瓷的缺陷弛豫机理及其与电老化特性的关联等方面进行了评述.     

简化共沉淀法制备CaCu3Ti4O12陶瓷及其介电性能研究

具有巨介电常数的CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷是一种理想的高储能密度电容器材料.本文以草酸为沉淀剂、以乙酸铵为调节pH值的定量缓冲剂,获得制备CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的简化共沉淀法.确定了pH=30为制备前驱粉料的最佳反应条件.通过显微分析和介电性能测量,发现在1040℃—1100℃范围内,随着烧结温度的提高,陶瓷的品粒尺寸增大,非线性系数上升,电位梯度和介电损耗下降,1100℃烧结的试样tanδ最低达到0.04.认为CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷介电损耗包含直流电导分量、低频松弛损耗和高频松弛损耗.低频松弛活化能为0.51 eV.,对应于晶界处的Maxwell-Wagner松弛极化;高频松弛过程活化能为0.10 eV,对应晶粒内部的氧空位缺陷.烧结温度的升高导致晶界电阻下降.     

ZnO压敏陶瓷的介电谱

在-160℃-200℃温度范围内、0.1 Hz-0.1 MHz频率范围内测量了 ZnO压敏陶瓷的介电频谱, 发现可以采用电导率谱低频端的类直流特性来表征晶界Schottky势垒的电子输运过程, 获得的Schottky势垒高度为0.77 eV. 基于背靠背双Schottky势垒模型, 提出当存在直流偏压时, 势垒高度将随直流偏压线性增大. 基于此势垒模型计算了ZnO压敏陶瓷单晶界的直流偏压大小, 进而计算出晶粒平均尺寸为6.8 μm, 该理论值与通过扫描电子显微镜断面照片获得的测量值的偏差在5%以内. 可见采用介电谱不但可以获得势垒高度实现电气性能的表征, 还能获得晶粒尺寸实现显微结构的表征.     

非掺杂ZnO薄膜中紫外与绿色发光中心

用直流反应溅射方法在硅衬底上淀积了ZnO薄膜,测量它们的光致发光(PL)光谱,观察到两个发光峰,峰值能量分别为3.18(紫外峰,UV)和2.38eV(绿峰).样品用不同温度分别在氧气、氮气和空气中热处理后,测量了PL光谱中绿峰和紫外峰强度随热处理温度和气氛的变化,同时比较了用FP-LMT方法计算的ZnO中几种本征缺陷的能级位置.根据实验和能级计算的结果,推测出ZnO薄膜中的紫外峰与ZnO带边激子跃迁有关,而绿色发光主要来源于导带底到氧错位缺陷(O_Zn)能级的跃迁,而不是通常认为的氧空 关键词： ZnO薄膜 热处理 光致发光光谱 缺陷能级     

Effects of barium on the nonlinear electrical characteristics and dielectric properties of SnO2-based varistors

The effects of barium on electrical and dielectric properties of the SnO_2·Co_2O_3·Ta_2O_5 varistor system sintered at 1250℃ for 60min were investigated. It is found that barium significantly improves the nonlinear properties. The breakdown electrical field increases from 378.0 to 2834.5V/mm, relative dielectric constant (at 1kHz) falls from 1206 to 161 and the resistivity (at 1kHz) rises from 60.3 to 1146.5kΩ·cm with an increase of BaCO_3 concentration from 0mol% to 1.00mol%. The sample with 1.00mol% barium has the best nonlinear electrical property and the highest nonlinear coefficient (α=29.2). A modified defect barrier model is introduced to illustrate the grain-boundary barrier formation of barium-doped SnO_{2}-based varistors.     

Correlation between sintering temperature and properties of ZnO ceramic varistors

The effect of sintering temperature on ZnO varistor properties is investigated in the range of 700–1400 °C. The increase of sintering temperature does not influence the well-known peaks related to hexagonal wurtzite structure of ZnO ceramics, whereas the average grain size is increased from (1.08 to 2.1 μm). With increasing sintering temperature up to 1200 °C, the nonlinear region is clearly observed in the I–V characteristics, whereas this region is completely absent only for the sample sintered at 1400 °C. As the sintering temperature increased, the breakdown field decreased over a wide range from 2838.7 to 6.41 V/cm, while the nonlinear coefficient is increased in the range of (23.86–47.76). Furthermore, the barrier height decreased from 1.76 to 0.974 eV, whereas electrical conductivity is improved. On the other hand, the optical band gap is gradually decreased in the range of 3.08–2.70 eV with increasing sintering temperature. These results showed a strong correlation between sintering temperature and the properties of ZnO ceramic varistor.     

Electronic relaxation of deep bulk trap and interface state in ZnO ceramics

This paper investigates the electronic relaxation of deep bulk trap and interface state in ZnO ceramics based on dielectric spectra measured in a wide range of temperature, frequency and bias, in addition to the steady state response. It discusses the nature of net current flowing over the barrier affected by interface state, and then obtains temperature-dependent barrier height by approximate calculation from steady I--V (current--voltage) characteristics. Additional conductance and capacitance arising from deep bulk trap relaxation are calculated based on the displacement of the cross point between deep bulk trap and Fermi level under small AC signal. From the resonances due to deep bulk trap relaxation on dielectric spectra, the activation energies are obtained as 0.22 eV and 0.35 eV, which are consistent with the electronic levels of the main defect interstitial Zn and vacancy oxygen in the depletion layer. Under moderate bias, another resonance due to interface relaxation is shown on the dielectric spectra. The DC-like conductance is also observed in high temperature region on dielectric spectra, and the activation energy is much smaller than the barrier height in steady state condition, which is attributed to the displacement current coming from the shallow bulk trap relaxation or other factors.     

(Sr,Co,Nb）掺杂SnO2压敏电阻的电学非线性

研究了Sr对新型(Co, Nb)掺杂SnO₂压敏材料微观结构和电学性质的影响.当SrCO ₃的含量从零增加到1.50mol%时，(Co, Nb)掺杂SnO₂压敏电阻的击穿电压从240V/mm猛增 到1482V/mm.样品的微观结构分析发现, 当SrCO₃的含量从零增加到1.50 mol%时, SnO2的晶粒尺寸迅速减小．晶界势垒高度测量揭示，SnO₂晶粒尺寸的迅速减小是击穿 关键词： 碳酸锶 二氧化锡 势垒 电学非线性