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不同沉淀剂对共沉淀法制备的ZnO压敏陶瓷性能的影响

时间:2025-11-03

  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,沉淀剂的种类对ZnO压敏陶瓷的微观结构和电气性能有显著影响。NaOH作为沉淀剂时,引入的Na+离子作为施主杂质掺杂ZnO压敏陶瓷,增加晶粒中的自由电子浓度,抑制本征缺陷(锌填隙和氧空位)浓度,尤其是锌填隙浓度对施主离子掺杂更为敏感。因此,在共沉淀法制备ZnO压敏陶瓷时,沉淀剂的选择至关重要,即使微量的杂质也可能导致性能的显著变化。

  1  实验过程

  采用共沉淀法制备ZnO压敏陶瓷粉体。实验中分别使用NH4HCO3和NaOH作为沉淀剂,通过控制溶液的pH值、反应温度和搅拌速度等参数,制备出不同条件下的ZnO压敏陶瓷样品。具体实验条件如下:反应温度为60℃,搅拌速度为350 r/min,反应时间为1.5 h。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相组成和微观结构进行表征,同时利用电化学工作站测试样品的电气性能。

电熔锆坩埚.jpg

  2  结构分析

  不同沉淀剂对ZnO压敏陶瓷的微观结构有显著影响。NH4HCO3作为沉淀剂时,形成的ZnO晶粒尺寸较小且分布均匀,而NaOH作为沉淀剂时,晶粒尺寸较大且分布不均匀。这种差异主要是由于沉淀剂本身的性质不同。NH4HCO3在较低的pH值下即可引发沉淀反应,形成的沉淀颗粒较为细小且分散性好;而NaOH需要较高的pH值才能引发沉淀反应,导致颗粒团聚现象较为严重。

  此外,NaOH引入的Na+离子作为施主杂质掺杂ZnO压敏陶瓷,增加了晶粒中的自由电子浓度。这不仅影响了陶瓷的微观结构,还显著改变了其电气性能。研究表明,自由电子浓度的增加会抑制本征缺陷(锌填隙和氧空位)的浓度,尤其是锌填隙浓度对施主离子掺杂更为敏感。

  3  结论

  不同沉淀剂对共沉淀法制备的ZnO压敏陶瓷的微观结构和电气性能有显著影响。NH4HCO3作为沉淀剂时,形成的ZnO晶粒尺寸较小且分布均匀,而NaOH作为沉淀剂时,晶粒尺寸较大且分布不均匀。NaOH引入的Na+离子作为施主杂质掺杂ZnO压敏陶瓷,增加了晶粒中的自由电子浓度,抑制了本征缺陷浓度,尤其是锌填隙浓度对施主离子掺杂更为敏感。因此,在共沉淀法制备ZnO压敏陶瓷时,沉淀剂的选择至关重要,即使微量的杂质也可能导致性能的显著变化。

  例如,在实际应用中,当需要制备高非线性系数和低泄漏电流的ZnO压敏陶瓷时,选择NH4HCO3作为沉淀剂可能更为合适,因为其形成的晶粒尺寸较小且分布均匀,有利于提高电气性能。而当需要制备高电位梯度的ZnO压敏陶瓷时,NaOH作为沉淀剂可能更有效,因为其引入的Na+离子可以增加自由电子浓度,从而提高电位梯度。


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