氧化铋掺杂对氧化锌电阻片微观结构和电性能的影响
氧化锌压敏陶瓷（ZnO），作为一种典型的多晶n型半导体陶瓷材料，通过精密调控其与多种金属氧化物添加剂的混合与烧结过程，成为具备卓越非线性伏安特性的功能材料[1-4]。此类材料作为金属氧化物避雷器的核心组件，在电子器件的电压波动防护中扮演着不可或缺的角色，在正常情况下，压敏电阻承受低于其特性击穿的电压，表现出高电阻性，只允许微量电流通过，近乎绝缘体。然而，在电压波动期间，电压超过击穿电压时，优异的非线性伏安特性响应机制使其电阻急剧降低，两端的残压被限制在允许的水平上，并吸收过电压能量。当电压恢复正常时，压敏电阻又恢复至高阻态，进而起到保护电路免受浪涌电压损害的作用[5, 6]。
如今在对过电压保护器件小型化发展有更高要求的同时，对电力系统中的设备免受雷电等过电压事件的损害，提高整个电力系统的安全可靠性也刻不容缓。其中高电压系统的绝缘和保护水平主要取决于氧化锌电阻片的残压比，残压比也即电阻片在特定电流脉冲下的残压与标准电流密度（1mA/cm2）下电压的比值，其优化对于增强系统的安全性、降低运行成本具有重要意义。目前的研究主要是通过精细调控晶粒特征[7-10]（如晶粒尺寸，晶粒均匀度和电阻率）、改变施主-受主浓度[11-13]、表面态密度[14]、烧结工艺优化[15-17]（如烧结温度、时间、气氛）和材料加工技术[18, 19]（如球磨工艺）等方法降低残压比。Zhao等[20]通过Ga2O3和Al2O3共掺杂，在Al掺杂浓度为0.1mol%，Ga掺杂浓度为0.72mol%时，获得了低残压比、高非线性、低漏电流的氧化锌压敏陶瓷。Wang等[21]在氧化锌压敏电阻中掺入适量Sb3O4后，制备出了残压比低且耐大电流冲击的电阻片。Fu等[9]采用两步掺杂法使氧化锌晶粒中掺入更多的铝，提高了氧化锌晶粒的导电性和氧化锌压敏电阻的电学性能。
ZnO-Bi2O3基压敏电阻作为研究最早、应用最广泛的压敏电阻体系之一，由于其优异的性能，如高压敏灵敏度、低电容、良好的温度稳定性等优点，已广泛应用于通讯设备、铁路信号、各种电子器件的保护、雷电和浪涌电流的防护中[22-25]，但是对加入氧化铋添加剂的研究主要集中在微观结构的致密性和烧结行为等[12, 26, 27]方面，对氧化锌电阻片残压比的影响机制尚不足。本研究工作通过优化配方制备了不同氧化铋掺杂含量的氧化锌电阻片，对其微观形貌、物相和电学性能进行了分析，结果表明，适量的氧化铋掺杂可以有效的降低电阻片的残压比，为氧化锌电阻片在过电压保护领域的应用提供理论基础。
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