预合成Zn₄B₆O₁₃掺杂对ZnO压敏电阻微观结构及电性能的影响研究
基于氧化锌的压敏陶瓷电阻优异的非线性电流-电压特性和卓越的浪涌吸收能力而备受关注，被广泛应用于电子及电力系统的过电压与浪涌保护领域[1]。在压敏电阻应用中，高非线性系数α被视为最重要的性能指标，这意味着更快的响应速度和更高效的器件保护能力[2]。
氧化锌压敏电阻应用的非线性电流-电压（I-V）特性强烈依赖于微量添加剂的种类[3]，这些添加剂可分为两大类：一类是主要添加剂，称为"压敏形成剂"，若缺少这类物质则无法获得压敏特性，包括Bi₂O₃、Pr₆O₁₁、V₂O₅以及铅锌硼硅酸盐玻璃[4]；另一类是辅助添加剂，主要为金属氧化物，包含Co、Mn、Cr、Al、Ni、Sb和Ti的氧化物[5]。目前，市售绝大多数压敏电阻基于ZnO-Bi₂O₃体系，其中Bi₂O₃在液相烧结及非线性特性形成过程中起着关键作用[6]。其他掺杂剂如Sb₂O₃、Cr₂O₃、CoO、NiO和MnO₂则作为辅助添加剂，用以提高非线性系数(α)值并增强抗劣化性能[7]。
在众多低熔点氧化物中，B₂O₃常被用作陶瓷加工过程中液相烧结的添加剂[8]。在烧结过程中会形成一些复杂的次生相，如Zn₄B₆O₁₃、Zn₃(BO₃)₂等。Glot等人研究发现，B₂O₃能够提升氧化锌陶瓷I-V特性的稳定性[9]。Huang[10]等学者指出，B₂O₃有望改善压敏电阻应用的电学稳定性。Jiang[11]等研究者发现掺杂B₂O₃可降低漏电流并提高稳定性。然而，目前关于B₂O₃与尖晶石相及富铋相之间相互作用的研究较少，且二次相对压敏电阻微观结构影响机制尚不明确。
在此基础上，我们首先采用传统合成方法，以微米级ZnO和B₂O₃粉末为原料，在700℃下合成了Zn₄B₆O₁₃(ZBO)复合粉体。本文详细研究了不同ZBO掺杂量对ZBSMCO-xmol%ZBO压敏电阻的微观结构和电性能的影响。结果表明ZBO的掺杂能有效改善氧化锌压敏电阻的电学性能。
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