ZrO2掺杂对ZnO陶瓷电性能与微观结构的影响

本文主要探讨了ZrO2掺杂对ZnO陶瓷电性能及微观结构的影响，作者何恺、徐传孟等利用球磨法制备了一种ZrO2掺杂ZnO压敏陶瓷，并通过扫描电镜对其进行了深入的显微组织分析。研究发现，随着球磨保温时间的增加，ZrO2掺杂ZnO压敏瓷的致密度和非线性系数呈现先上升后下降的趋势，这表明掺杂对电性能有复杂的作用机制。 在电性能方面，ZrO2掺杂影响了压敏陶瓷的漏电流和电位梯度，表现为先减少后增加的波动模式。这种现象可能源于ZrO2的固溶作用，由于Zr原子半径与Zn原子相近，ZrO2在氧化锌晶粒中形成固溶体，从而抑制了晶粒的进一步长大。通过计算，掺杂后的晶粒生长动力指数（n）增大至5.0，相较于未掺杂的ZnO压敏瓷（n=3.9），表明掺杂对晶粒生长具有显著的调控作用。 在微观结构上，ZrO2掺杂使得晶粒尺寸变小，这可能是ZrO2作为晶界钉扎剂的角色，通过颗粒阻滞机制减缓了ZnO压敏瓷的晶粒生长速率，导致晶格生长激活能（Q）增大，具体数值为231±27kJ/mol。这种晶粒生长的调控机制对于优化压敏电阻材料的性能至关重要。 这篇首发论文揭示了ZrO2掺杂对ZnO陶瓷电性能和微观结构的深刻影响，对于理解氧化物功能陶瓷的制备过程和优化其性能具有重要的理论和实践意义。研究者们通过细致的实验和计算，为我们提供了关于如何有效控制氧化锌压敏瓷生长过程和提升其电性能的重要线索。