中國(guó)粉體網(wǎng)訊  壓敏材料是指在某一特定電壓范圍內(nèi)具有優(yōu)異非線性歐姆特性的一種半導(dǎo)體陶瓷材料。根據(jù)這種非線性歐姆特性，可以用這種半導(dǎo)體陶瓷材料制成非線性電阻元件，即壓敏電阻器。

由于壓敏電阻器在保護(hù)電力設(shè)備安全、保障電子儀器正常穩(wěn)定工作方面起著重要作用，且由于其造價(jià)低廉、制作方便，在各個(gè)行業(yè)內(nèi)都有運(yùn)用，比如:航空、鐵路、汽車和各種家用電器領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外眾多的學(xué)者中也對(duì)抗壓敏器材中的陶瓷材料進(jìn)行了深入而又廣泛的研究。

目前，商品化的壓敏電阻器來自ZnO、TiＯ_２、SrTiＯ_３、SnO₂等不同材料的壓敏陶瓷系列。下面對(duì)不同種類做整理，回顧這一發(fā)展接近60年的壓敏陶瓷。

1.ZnO系壓敏電阻陶瓷

低壓ZnO壓敏電阻的成分非常復(fù)雜。但研究表明，BiO和TiO等氧化物是實(shí)現(xiàn)壓敏電阻非線性特性和低壓化的最基本、最關(guān)鍵的添加物。

目前，獲得低壓ZnO壓敏電阻器的方法有以下幾種：

（1）疊層型片式ZnO壓敏電阻器。采用MLCC工藝將ZnO陶瓷流延膜與電極層交錯(cuò)排列，層間電極與器件兩個(gè)端面電極相連。采用MLCC工藝制備的壓敏電阻器的壓敏電壓可以達(dá)到5~10V，非線性系數(shù)可達(dá)30。

（2）籽晶法ZnO壓敏電阻器。所謂籽晶法是原始配料過程中加入晶粒尺寸較大的ZnO晶粒作晶種，使材料在燒結(jié)時(shí)因籽晶的長(zhǎng)大而達(dá)到增大平均晶粒尺

寸的目的。

（3）液相擴(kuò)散等其它方法。利用液相擴(kuò)散等方法，可以制備出壓敏電壓為3~5V的壓敏電阻器。

2.SrTiO系壓敏電阻陶瓷

ZnO壓敏陶瓷存在電阻介電系數(shù)小，介電損失較大，高頻噪音吸收能力差，對(duì)陡脈沖浪涌反應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。

20世紀(jì)80年代由日本太陽誘電公司及松下公司相繼開發(fā)的SrTiO系壓敏材料彌補(bǔ)了這種不足。SrTiO基壓敏電阻具有良好的壓敏特性、低的壓敏電壓、大的電容量和小的漏電流，是一種典型的電容-壓敏雙功能元件。

SrTiO系雖然非線性系數(shù)較低（α<10），但介電常數(shù)大，具有壓敏和電容雙功能，吸收高頻噪聲和瞬態(tài)浪涌等，因此在電子線路的保護(hù)和消除電噪聲等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

3.TiO₂系電容–壓敏陶瓷

SrTiO基壓敏材料需要先在還原氣氛中燒結(jié)成低阻的半導(dǎo)體，然后經(jīng)過空氣中的再氧化。復(fù)雜的工藝使得它的制備成本較高。因此研究人員更為關(guān)注的是TiO₂壓敏陶瓷。

TiO₂壓敏陶瓷同樣具有壓敏電壓低，非線性高和電容量大的特點(diǎn)，可以克服ZnO壓敏電阻對(duì)噪音吸收能力差，反應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，而且制備工藝簡(jiǎn)單，只需要在空氣中一次燒結(jié)。

由于它的壓敏電壓低（可低于6V），非線性系數(shù)較高（可達(dá)9以上）以及超高的相對(duì)介電常數(shù)（在10⁴~10⁵量級(jí)），可以實(shí)現(xiàn)元件與電路的小型化，同時(shí)具有電容和壓敏雙重特性，因此在低壓領(lǐng)域的復(fù)合功能元件中占據(jù)主導(dǎo)地位。

4.SnO₂壓敏電阻

SnO₂壓敏陶瓷是20世紀(jì)90年代中開始發(fā)展起來的一種新型壓敏材料，也是近年來國(guó)際壓敏材料的研究熱點(diǎn)之一。

SnO₂系壓敏電阻陶瓷是與ZnO和TiO₂系類似的N型半導(dǎo)體。在不摻雜的情況下其內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，采用常規(guī)電子陶瓷制備工藝，經(jīng)過高溫?zé)�結(jié)，通常只有理論密度的50%～60%左右，因而再過去被廣泛應(yīng)用于氣體傳感器。

跟多相的ZnO壓敏陶瓷相比，SnO₂壓敏陶瓷具有相對(duì)單一的晶相結(jié)構(gòu)，理論上應(yīng)具有較大的通流面積。而其熱導(dǎo)率大、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)使得在承受過大脈沖電流而失效時(shí)不會(huì)像ZnO壓敏元件那樣發(fā)生爆炸或穿孔破壞。此外，SnO₂壓敏陶瓷還具有較小的晶粒尺寸，這也是其具有較高電位梯度的原因之一。

1995年P(guān)ianaro等人報(bào)道了新的SnO₂基壓敏電阻陶瓷系統(tǒng)并取得了良好的非線性。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是其在X射線衍射下具有單一的晶相結(jié)構(gòu)，這種單一的晶相結(jié)構(gòu)可能會(huì)解決已經(jīng)商品化壓敏電阻陶瓷的退化問題。

在國(guó)內(nèi)，山東大學(xué)的王矜奉等人采用不同氧化物進(jìn)行摻雜，研究獲得了非線性系數(shù)為9.9-19.6的樣品。

華南理工大學(xué)的盧振亞等人研究了TiO₂、MnCO₃摻雜SnO₂-Sb₂O₃系壓敏電阻材料，并著重研究材料的承受大電流脈沖的能力，研究獲得能夠承受脈沖電流的SnO₂基壓敏電阻陶瓷。

縱觀國(guó)內(nèi)外有關(guān)SnO₂基壓敏電阻陶瓷材料研究成果，其研究方法都類似于ZnO壓敏電阻的研究方法。

未來的發(fā)展方向

1.SnO₂壓敏陶瓷是重點(diǎn)研究方向。

SnO₂壓敏陶瓷是一種新型壓敏電阻陶瓷材料，它具有良好的非線性特性。與傳統(tǒng)的ZnO壓敏電阻陶瓷相比，其摻雜物種類少，摻雜量小，微觀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單均勻，具有良好的抗破壞能力。SnO₂壓敏陶瓷是一種很有潛力的壓敏電阻陶瓷。

盡管取得很大進(jìn)步，但是其導(dǎo)電機(jī)理等至今尚未得到一個(gè)確切的合理的解釋，仍需進(jìn)一步完善。其綜合性能還有待于進(jìn)一步提高，比如非線性系數(shù)、漏電流以及穩(wěn)定性等。

2.陶瓷粉體制備技術(shù)的研究

由于壓敏電阻的性能對(duì)陶瓷粉體的特征（如純度、形態(tài)、分布和顆粒大小等）比較敏感，而我國(guó)制備陶瓷粉體的原材料沒有專業(yè)的生產(chǎn)廠家，質(zhì)量難以保證，故很多廠家的陶瓷粉體都依靠進(jìn)口。因此，加強(qiáng)陶瓷粉體制備技術(shù)，尤其是液相法的研究，不僅可以從根本上提高壓敏電阻的性能，還可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化程度。

3.基礎(chǔ)理論和機(jī)制的研究

對(duì)于壓敏電阻的非線性特性，盡管國(guó)際上提出了晶界深陷阱、非飽和過渡金屬氧化物在晶界偏聚形成深能級(jí)和氧在晶界處的吸附等理論，但對(duì)其產(chǎn)生的物理根源仍缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。今后，特別需要在晶界現(xiàn)象、導(dǎo)電機(jī)理、缺陷理論、老化機(jī)理等方面加強(qiáng)研究。

參考來源

胡光亮.SnO₂壓敏電阻的制備及其性能的研究

邢曉東等.壓敏電阻陶瓷材料的研究進(jìn)展

范積偉等.壓敏陶瓷研究的最新發(fā)展

楊逸宇.壓敏電阻陶瓷材料的種類與特性分析