课程《功能材料》课件第六讲精细功能陶瓷与功能转换材料.ppt

1、功功 能能 材材 料料 一、介电陶瓷电容器一、介电陶瓷电容器 陶瓷电容器以其体积小、容量大、结构简单、优良的高陶瓷电容器以其体积小、容量大、结构简单、优良的高频特性、品种繁多、价格低廉，便于批量生产而广泛应用于频特性、品种繁多、价格低廉，便于批量生产而广泛应用于家用电器、通信设备、工业仪器等领域，是目前飞速发展的家用电器、通信设备、工业仪器等领域，是目前飞速发展的电子技术的基础之一。电子技术的基础之一。用于制造陶瓷电容器的介电陶瓷，对材料有以下要求：用于制造陶瓷电容器的介电陶瓷，对材料有以下要求：（1 1）介电常数应尽可能高；）介电常数应尽可能高；（2 2）在高频、高温、高压及其他恶劣环境下，

2、陶瓷电容器性）在高频、高温、高压及其他恶劣环境下，陶瓷电容器性能稳定可靠；能稳定可靠；（3 3）介质损耗要小；）介质损耗要小；（4 4）比体积电阻率高于）比体积电阻率高于10101010.m(.m(绝缘电阻率通常大于绝缘电阻率通常大于 10101010.m),.m),可保证在高温下工作可保证在高温下工作;（5 5）具有较高的介电强度）具有较高的介电强度,陶瓷电容器在高压和高功率条件下陶瓷电容器在高压和高功率条件下,往往由于击穿而不能工作往往由于击穿而不能工作,因此必须提高电容器的耐压特性。因此必须提高电容器的耐压特性。陶瓷电容器的分类和特征陶瓷电容器的分类和特征（1）非铁电电容器陶瓷（）非铁电

3、电容器陶瓷（型），其特点是高频损耗小，介型），其特点是高频损耗小，介电常数随温度变化而呈线性变化，又称电常数随温度变化而呈线性变化，又称热补偿电容器陶瓷热补偿电容器陶瓷；（2）铁电电容器陶瓷（）铁电电容器陶瓷（型），其特点是介电常数随温度变型），其特点是介电常数随温度变化而呈非线性变化，而且介电常数很高，又称化而呈非线性变化，而且介电常数很高，又称高介电常数陶高介电常数陶瓷；瓷；（3）反铁电电容器陶瓷反铁电电容器陶瓷（型），其特点是储能密度高，储型），其特点是储能密度高，储能释放充分，可用于储能电容器能释放充分，可用于储能电容器（4）半导体电容器陶瓷半导体电容器陶瓷（型）型）二、温度补偿电容器

4、用介电陶瓷二、温度补偿电容器用介电陶瓷 主要用于高频振荡电路中作为补偿电容介质，在性能上要求主要用于高频振荡电路中作为补偿电容介质，在性能上要求有稳定的电容温度系数和低的介质损耗。有稳定的电容温度系数和低的介质损耗。以以CaTiO3为例：具有较高的介电常数和负温度系数，可以为例：具有较高的介电常数和负温度系数，可以制成小型高容量的高频陶瓷电容器。制成小型高容量的高频陶瓷电容器。常见的配方为：常见的配方为：CaTiO3：99%，ZrO2：1%；烧结温度为；烧结温度为136020 工艺要求：工艺要求：采用氧化气氛烧结；不易采用湿磨；烧结温度和采用氧化气氛烧结；不易采用湿磨；烧结温度和时间控制好，防

5、止开裂。时间控制好，防止开裂。除除CaTiO3外，外，材料体系还有材料体系还有:MgTiO3,SrTiO3 MgTiO3-SrTiO3,CaTiO3-SrTiO3-Bi2O3-TiO2,CaTiO3-La2O3-TiO2,BaTiO3-Nd2O3-TiO2,CaTiO3-La2O3-Bi2O3TiO2,BaTiO3-SrTiO3-La2O3-TiO2,三、热稳定型电容器陶瓷材料三、热稳定型电容器陶瓷材料 分为高频热稳定电容器陶瓷和微波介电陶瓷。分为高频热稳定电容器陶瓷和微波介电陶瓷。（1）高频热稳定电容器陶瓷）高频热稳定电容器陶瓷 其主要特点是介电常数的温度系数的绝对值很小，有的甚其主要特点是

6、介电常数的温度系数的绝对值很小，有的甚至接近于零。至接近于零。如：如：MgTiO3瓷，瓷，,介电损耗低介电损耗低,温度系数的绝对值小温度系数的绝对值小,且原料丰富且原料丰富,成本低，但烧结温度较高（成本低，但烧结温度较高（1450），难以控制。），难以控制。典型配方为：菱镁矿典型配方为：菱镁矿71%、TiO2 24%、苏州土、苏州土3%、膨润土、膨润土2%，CaF2 0.45%（2）微波介电陶瓷）微波介电陶瓷微波介电陶瓷主要用于制作微波电路元件，在微波滤波器中微波介电陶瓷主要用于制作微波电路元件，在微波滤波器中用作介质谐振器。评价微波介电陶瓷材料的主要参数是介电用作介质谐振器。评价微波介电陶瓷

7、材料的主要参数是介电常数、品质因素和谐振频率温度系数。常数、品质因素和谐振频率温度系数。要求具有以下性能：适当大小的介电常数，且值稳定；介电要求具有以下性能：适当大小的介电常数，且值稳定；介电损耗小；有适当的介电常数温度系数；热膨胀系数小。损耗小；有适当的介电常数温度系数；热膨胀系数小。其研究体系有：其研究体系有：MgO-CaO-TiO2，MgO-La2O3-TiO2，ZrO2-SnO2-TiO2 Ba（Zn1/3Ta2/3）O3-Ba（Zn1/3Nb2/3）O3 Ba（Ni1/3Ta2/3）O3-Ba（Zr0.04Zn0.32Nb0.64）O3（3）高介电常数电容器用陶瓷（新型电容器陶瓷材）

8、高介电常数电容器用陶瓷（新型电容器陶瓷材料）料）分为：高温烧结型（分为：高温烧结型（1300以上）、中温烧结型以上）、中温烧结型（10001250）、低温烧结型（低于）、低温烧结型（低于900）A、低温烧结型：、低温烧结型：典型的体系有：典型的体系有：Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-Bi2O3 Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-Pb（Cd1/2W1/2）O3 PMN是系统中的主晶相是系统中的主晶相,是复合钙钛矿型的铁电体是复合钙钛矿型的铁电体,其居里温其居里温度为度为-15。居里温度的介电常数为居里温度的介电常数为12600，室温的介电常数，室温的介电常数为为85

9、00，常温的，常温的tg10010-4。在不同频率的弱电场作用。在不同频率的弱电场作用下，介电常数与下，介电常数与tg随温度的变化而变化，随着频率的增加，随温度的变化而变化，随着频率的增加，居里点向高温方向移动，同时介电常数下降，而居里点向高温方向移动，同时介电常数下降，而tg增大。增大。B、中温烧结低频（、中温烧结低频（型）独石电容器瓷料型）独石电容器瓷料 主要有主要有X7R、Z5U、Y5V三个系列三个系列 材料主要有：材料主要有：以以BaTiO3为基的铁电陶瓷和以铅为基的铁电陶瓷和以铅为基的复合钙钛矿型化合物两大类。为基的复合钙钛矿型化合物两大类。气敏陶瓷大致可分为气敏陶瓷大致可分为、及及

10、三种：三种：按照按照来分类，如来分类，如SnO2型、型、ZnO型、型、-Fe2O3型、型、-Fe2O3型、钙钛矿化合型、钙钛矿化合物型、物型、TiO2型等。型等。是一类介于是一类介于的奇特固体的奇特固体材料，其材料，其主要特征主要特征是它的是它的，如，如ZrO2氧敏陶瓷氧敏陶瓷，K2SO4、Na2SO4等碱金属硫酸盐等。等碱金属硫酸盐等。用用作母线，表面用作母线，表面用陶瓷涂层陶瓷涂层、触媒材料触媒材料、防晶粒生长材料防晶粒生长材料以及以及防触媒中防触媒中毒材料毒材料等涂层所制成。等涂层所制成。吸附气体分子时吸附气体分子时，半导体的，半导体的将随将随半导体类型半导体类型和和气体分子种类气体分子

11、种类的的不同而变化。不同而变化。吸附气体一般分为物理吸附和化学吸附吸附气体一般分为物理吸附和化学吸附两大类。被吸附的气体一般也可分为两类。两大类。被吸附的气体一般也可分为两类。具有具有称为称为氧化性氧化性(或电子受容性或电子受容性)气体气体，如，如O2、NOx等。等。具有具有称为称为还原性还原性(或电子供出性或电子供出性)气体气体，如，如H2、CO、乙醇等。、乙醇等。SnO2系气敏陶瓷是系气敏陶瓷是，是，是以以SnO2为基材为基材，加入催化剂、黏结加入催化剂、黏结剂等剂等，按照，按照常规的陶瓷工艺方法常规的陶瓷工艺方法制成的。制成的。以以为基为基本原料，本原料，粉料越细粉料越细，比表面积越大比

12、表面积越大，对，对被测气体越敏感被测气体越敏感。制造制造的方法有的方法有、及及等。等。用用SnCl4或或SnCl2制备制备SnO2，这两种方，这两种方法最后均需煅烧，其法最后均需煅烧，其对于对于SnO2粉粉料的料的、影响很大。影响很大。所用所用多为多为，它们有不同的作用，主要是，它们有不同的作用，主要是Sb2O3、V2O5、MgO、PbO、CaO等。等。SnO2系气敏陶瓷制造的气敏元件有如下特点：系气敏陶瓷制造的气敏元件有如下特点：，出现，出现最高灵敏度的温度较低最高灵敏度的温度较低，约在约在300；，在，在低浓度范围，这种变化十分明显，非常适用低浓度范围，这种变化十分明显，非常适用于于对低浓

13、度气体的检测对低浓度气体的检测；，而且，而且；，待测气体，待测气体可通过可通过气敏元件电阻值的变化气敏元件电阻值的变化直接转化为直接转化为信号，且阻值变化大，可用信号，且阻值变化大，可用简单电路简单电路实现实现自动测量；自动测量；，；，和和。利用利用吸附还原气体时吸附还原气体时来检测还原气体来检测还原气体，已广泛应用于，已广泛应用于家用家用、生产用、生产用和和等。等。对对特别敏特别敏感，广泛用于感，广泛用于CO报警报警和和工作环境的空气工作环境的空气监测监测等。等。已进入已进入对于对于可燃性气体可燃性气体，例如，例如H2、CO、甲烷、丙烷、甲烷、丙烷、乙醇、酮或芳香族气体等，具有、乙醇、酮或芳

14、香族气体等，具有，因而，因而SnO2气敏元件气敏元件。氧化锌系气敏陶瓷元件最突出的优点氧化锌系气敏陶瓷元件最突出的优点是是，一般加入适量的，一般加入适量的来来提高陶瓷元件的灵敏度提高陶瓷元件的灵敏度。对异丁烷、丙烷、乙对异丁烷、丙烷、乙烷等烷等有较高灵敏度有较高灵敏度，碳氢化合，碳氢化合物中物中。的的氧化锌气敏陶瓷元件氧化锌气敏陶瓷元件对对H2、CO灵敏度灵敏度较高，对较高，对碳氢化合物灵敏度碳氢化合物灵敏度较差。较差。的的氧化锌气敏陶瓷元件氧化锌气敏陶瓷元件对对乙醇、乙醇、苯和煤气苯和煤气较灵敏，且成本也较低。较灵敏，且成本也较低。的结构与二氧化锡的结构与二氧化锡的不同，可以把它做成的不同，

15、可以把它做成，将，将半导体元件半导体元件与催化物与催化物分离，这样可以分离，这样可以更换催化剂更换催化剂来来提高提高元件的气体选择性元件的气体选择性，其缺点是，其缺点是。常见的铁的氧化物有常见的铁的氧化物有：FeO、Fe2O3和和Fe3O4；其中，其中，Fe2O3有有：Fe2O3和和 Fe2O3均被发现具有均被发现具有。Fe2O3具有具有结构。从结构。从热稳热稳定性定性来看来看 Fe2O3较优，但从较优，但从灵敏度灵敏度而言则而言则比比 Fe2O3差。差。最大的特点最大的特点是是也能得到也能得到较高的催化性较高的催化性，高高温下热稳定性好温下热稳定性好。Fe2O3对对丙烷气体丙烷气体较灵敏，但

16、对较灵敏，但对甲烷甲烷就不灵敏。就不灵敏。Fe2O3的的好，对好，对甲烷乃至甲烷乃至异丁烷异丁烷都非常灵敏，对都非常灵敏，对水蒸气和乙醇水蒸气和乙醇等却不等却不灵敏。灵敏。Fe2O3作作非常非常合适。因它对合适。因它对水蒸气和乙醇水蒸气和乙醇等不灵敏，故不等不灵敏，故不会因会因水蒸气及酒精的存在水蒸气及酒精的存在而误报。而误报。MgCr2O4-TiO2系湿敏陶瓷是系湿敏陶瓷是多孔湿敏陶瓷多孔湿敏陶瓷结构，结构，达达30-40，具有，具有良好的透湿性能良好的透湿性能。MgCr2O4-TiO2系湿敏陶瓷的系湿敏陶瓷的可采可采用用传统陶瓷的制造方法传统陶瓷的制造方法，但原料必须采用化学，但原料必须采

17、用化学纯或分析纯级。纯或分析纯级。MgCr2O4-TiO2系湿敏陶瓷的制造工艺系湿敏陶瓷的制造工艺流程如下：流程如下：MgO、Cr2O3、TiO2 称量称量 球磨球磨 干燥干燥 造粒造粒 干压干压烧结烧结 切片切片 电极电极 引线引线 装配装配 测试测试 MgCr2O4-TiO2系系具有具有很高的很高的湿度活性湿度活性，湿度响应快湿度响应快，对温度、时间、，对温度、时间、湿度和电负荷的湿度和电负荷的，是很有应用前，是很有应用前途的途的湿敏传感器陶瓷材料湿敏传感器陶瓷材料，已用于，已用于。程序控制的微波炉，根据程序控制的微波炉，根据处于微波炉处于微波炉蒸汽排口处的蒸汽排口处的的相对湿度反馈的相对

18、湿度反馈信息，调节烹调参数。信息，调节烹调参数。此外，目前比较常见的此外，目前比较常见的还有还有ZnCr2O4为主晶相系为主晶相系半导体陶瓷半导体陶瓷，以，以及新研究的及新研究的。陶瓷湿度传感器结构陶瓷湿度传感器结构Si-Na2O-V2O5系湿敏陶瓷是系湿敏陶瓷是，其主晶相是具有半导性，其主晶相是具有半导性的硅粉。的硅粉。烧结温度较低烧结温度较低(一般低于一般低于900)，烧结，烧结时时固相反应不完全固相反应不完全，烧结后收缩率很小烧结后收缩率很小。其阻值为其阻值为102-107，随相对湿度，随相对湿度以指数规以指数规律律变化，测量范围为变化，测量范围为(25100)RH。Si-Na-V系湿敏

19、陶瓷的系湿敏陶瓷的是由于是由于Na2O和和V2O5吸附水分，使吸湿后硅粉粒间的吸附水分，使吸湿后硅粉粒间的电阻值显著降低。电阻值显著降低。这种元件的这种元件的是是温度稳定性较好温度稳定性较好，可在，可在100下工作，阻值范围可调，工作寿命长。下工作，阻值范围可调，工作寿命长。是是响应速度慢响应速度慢，有，有明显湿滞现象明显湿滞现象，不，不能用于能用于湿度变化不剧烈的场合湿度变化不剧烈的场合。湿敏陶瓷的应用很广泛，主要湿敏陶瓷的应用很广泛，主要应用于应用于家电家电、汽车汽车、医疗医疗、工业设工业设备备、农、林、畜牧业农、林、畜牧业等领域。等领域。是一类是一类、等性质随等性质随发生发生明显变化明显

20、变化的材料，主要用的材料，主要用于制造于制造、及及-(thermistor)。具有具有灵敏度高灵敏度高、稳定性好稳定性好、制制造工艺简单造工艺简单及及价格便宜价格便宜等特点。等特点。热敏电阻热敏电阻称为称为，简称，简称PTC热敏热敏电阻电阻(positive temperature coefficient)；的的热敏电阻热敏电阻称为称为，简称，简称NTC热敏电热敏电阻阻(negative temperature coefficient)；热敏电阻，简称为热敏电阻，简称为CTR(critical temperature resistor)。BaTiO3 PTC陶瓷陶瓷BaTiO3陶瓷是否具有陶瓷

21、是否具有PTC效应效应，完全由，完全由其其所决定。所决定。纯纯BaTiO3具有具有，常温下电子常温下电子激发很少激发很少，其，其室温下的电阻率室温下的电阻率为为1012cm，已接近绝缘体，不具有已接近绝缘体，不具有PTC电阻特性。电阻特性。将将BaTiO3的电阻率降到的电阻率降到104cm以下，以下，使其使其成为半导体的过程成为半导体的过程称为称为。即在其禁带中引入一些即在其禁带中引入一些：施主能级或受主能级。：施主能级或受主能级。通常情况下，通常情况下，多数是多数是靠近导带靠近导带底的底的；而；而多数是多数是靠近价带顶的靠近价带顶的。施主能级施主能级或或受主能级受主能级的的一般比较一般比较小

22、，因此，在室温下就可小，因此，在室温下就可产生产生，从而形成半导体。，从而形成半导体。形成形成主要通过两种途径：主要通过两种途径：和和，使得，使得具有具有优良优良的导电性的导电性，而，而具有具有高的势垒层高的势垒层，形成，形成绝缘体。绝缘体。BaTiO3的的半导化半导化采用采用在在真空、惰性气体或还原性气体真空、惰性气体或还原性气体中加热中加热BaTiO3。由于由于失氧失氧，BaTiO3内产生内产生氧缺位氧缺位，为，为了了保持电中性保持电中性，部分，部分Ti4+将俘获电子成为将俘获电子成为Ti3+。在强制还原以后，需要。在强制还原以后，需要在氧化气氛下在氧化气氛下重新热处理，才能得到较好的重新

23、热处理，才能得到较好的PTC特性，特性，电阻率为电阻率为1-103cm。采用采用使使BaTiO3半导化的方法之一是半导化的方法之一是，该法也称，该法也称。如果用离子半径与如果用离子半径与Ba2+相近的三价离子相近的三价离子(如如La3+、Ce3+、Nd3+、Ga3+、Sm3+、Dy3+、Y3+、Bi3+、Sb3+等等)置换置换Ba2+，或者用离子半径与，或者用离子半径与Ti4+相近的五价离子相近的五价离子(如如Ta5+、Nb5+、Sb5+等等)置置换换Ti4+，采用，采用普通陶瓷工艺普通陶瓷工艺，即能获得电阻率，即能获得电阻率为为103-105cm的的n型型BaTiO3半导体。半导体。五价离子

24、五价离子对对BaTiO3的电阻率的电阻率影响很大。影响很大。一般情况下，电阻率一般情况下，电阻率，达到某一浓度时达到某一浓度时，电阻率降至最低，电阻率降至最低值，值，继续增加浓度继续增加浓度，电阻率则迅速提高，甚，电阻率则迅速提高，甚至变成绝缘体。至变成绝缘体。BaTiO3的电阻率降至最低点的的电阻率降至最低点的(质量分数质量分数)为：为：Nd 0.05，Ce、La、Nb 0.20.3，Y 0.35 采用采用使使BaTiO3半导化半导化的方法之二的方法之二是是，以，以 S i O2或或 A S T(1/3A12O3 3/4SiO21/4TiO2)对对BaTiO3进进行掺杂，行掺杂，AST加入量

25、加入量3(摩尔分数摩尔分数)于于1260-1380烧成后，电阻率为烧成后，电阻率为40-100cm。典型的典型的PTC如下：如下：主成分主成分：(Ba0.93Pb0.03Ca0.04)TiO3+0.0011Nb2O5+0.01TiO2(先预烧先预烧)；辅助成分辅助成分摩尔分数：摩尔分数：Sb2O3 0.06，MnO2 0.04，SiO2 0.5，A12O3 0.167，Li2CO3 0.1。一般陶瓷材料都有一般陶瓷材料都有，但，但温度系数的温度系数的绝对值小绝对值小，稳定性差稳定性差，不能应用，不能应用于于高温和低温高温和低温场合。场合。是用是用特定组分合成特定组分合成，其电阻率随温度升高按指

26、数关系减小其电阻率随温度升高按指数关系减小的一类的一类材料，分材料，分三大类。三大类。绝大多数是具有绝大多数是具有的的过渡金属固熔体过渡金属固熔体。其中，其中，主要有：主要有：Cu-Mn、Co-Mn、Ni-Mn等系。等系。其中，其中，最有实用意义的最有实用意义的为为Co-Mn系材料系材料。它在。它在20时的电阻率为时的电阻率为103cm，主晶相为，主晶相为MnCo2O4。随着随着Mn含量的增大含量的增大，则形成，则形成MnCo2O4和和MnCo2O4的固溶体，电阻的固溶体，电阻率逐渐增大。率逐渐增大。有：有：Mn-Co-Ni、Mn-Cu-Ni、Mn-Cu-Co等等和和Cu-Fe-Ni、Cu-F

27、e-Co等等。在在中，随着中，随着Mn含量的含量的增大，电阻率增大。增大，电阻率增大。此外，还有此外，还有Cu-Fe-Ni，CO四元系等。四元系等。工作温度工作温度的热敏电阻的热敏电阻(NTC)常称为常称为。有广泛的应用前景，尤其有广泛的应用前景，尤其在在汽车空气燃料比汽车空气燃料比传感器方面，有很大的传感器方面，有很大的实用价值。实用价值。其中，主要使用的两种其中，主要使用的两种为：为：(1)Pr、Er、Tb、Nd、Sm等氧化物，加入等氧化物，加入适量适量其他过渡金属氧化物其他过渡金属氧化物，在，在 烧结后，可在烧结后，可在 工作。工作。(2)MgAl2O4-MgCr2O4-LaCrO3或或

28、(LaSr)CrO3 三元系材料三元系材料 该系材料适用于该系材料适用于温区。温区。工作温度在工作温度在的热敏电阻材料的热敏电阻材料(NTC)称为称为。以以为为主，加入主，加入La、Nd、Pd等的氧化物。等的氧化物。主要材料有主要材料有Mn-Ni-Fe-Cu、Mn-Cu-Co、Mn-Ni-Cu等。等。主要是指主要是指的半导体陶瓷，的半导体陶瓷，在在68附近附近达到达到3-4个数量级，具有个数量级，具有,因此称为因此称为或或。这种这种具有具有和和，故可作，故可作或或。这一这一特定温度特定温度称称。电阻值的急剧变化，通常是电阻值的急剧变化，通常是随温度的升随温度的升高高，在临界温度附近在临界温度附

29、近，。V是是，它有，它有5价、价、4价等多种价价等多种价态，因此，态，因此，V系有多种氧化物，如系有多种氧化物，如V2O5、VO2、V2O3、VO等。等。这些氧化物各有这些氧化物各有。每种。每种V系氧化物与系氧化物与B、Si、P、Mg、Ca、Sr、Ba、Pb、La、Ag等氧化物形成等氧化物形成，可上，可上、下移动其临界温度。、下移动其临界温度。热敏电阻在热敏电阻在中的应用最广中的应用最广，它虽不适于，它虽不适于高精度的测量高精度的测量，但其，但其价格低价格低廉廉，多用于，多用于等。等。有两种用途：有两种用途：一是用于一是用于，PTC热敏电阻通过热敏电阻通过自身发热而工作，达到设定温度后，便自动

30、恒自身发热而工作，达到设定温度后，便自动恒温，因此不需另加控制电路，如用于温，因此不需另加控制电路，如用于、等。等。二是用作二是用作，如，如彩电消磁器彩电消磁器、节能灯用节能灯用电子镇流器电子镇流器、程控电话保安器程控电话保安器、冰箱电机启动器冰箱电机启动器等。等。制造制造有有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等。等。其中其中BaTiO3、Fe2O3利用的是利用的是，而，而SiC、ZnO、SrTiO3利用的是利用的是。目前，应用最广、性能最好的是目前，应用最广、性能最好的是。压敏电阻陶瓷具有压敏电阻陶瓷具有，对，对电压变化非常敏感。电压变化非常敏感。在在某一临界电

31、压某一临界电压以下，压敏电阻陶瓷电以下，压敏电阻陶瓷电阻值非常高，几乎没有电流；但当阻值非常高，几乎没有电流；但当超过这一超过这一临界电压时临界电压时，电阻将急剧变化，并且有电流，电阻将急剧变化，并且有电流通过。随着电压的少许增加，电流会很快增通过。随着电压的少许增加，电流会很快增大。大。压敏电阻陶瓷的这种电流压敏电阻陶瓷的这种电流-电压特性曲线电压特性曲线如图所示。如图所示。1.齐钠二极管；齐钠二极管；2.SiC压敏电阻；压敏电阻；3.ZnO压敏电阻；压敏电阻；4.线性电阻；线性电阻；5.ZnO压敏电阻。压敏电阻。压敏电阻的压敏电阻的I-U特性曲线特性曲线由图可见，压敏电阻陶瓷的由图可见，压

32、敏电阻陶瓷的，其电阻值，其电阻值在一定电流范围在一定电流范围内内呈非线性变化。呈非线性变化。因此，因此，又称又称，用，用这种陶瓷制造的器件叫这种陶瓷制造的器件叫。ZnO系压敏电阻陶瓷是压敏电阻陶瓷中系压敏电阻陶瓷是压敏电阻陶瓷中。成分是成分是ZnO，并添加，并添加Bi2O3、CoO、MnO、Cr2O3、Sb2O3、TiO2、SiO2、PbO等等氧化物氧化物经改性烧结经改性烧结而成。而成。ZnO压敏电阻器的应用很广，可归结压敏电阻器的应用很广，可归结为如下两方面：为如下两方面：过压保护过压保护 稳定电压稳定电压各种大型整流设备、大型电磁铁、大型各种大型整流设备、大型电磁铁、大型电机、通讯电路、民

33、用设备电机、通讯电路、民用设备在开关时在开关时，会引会引起很高的过电压起很高的过电压，需要进行保护，以延长使，需要进行保护，以延长使用寿命。故在电路中接入用寿命。故在电路中接入可以抑制可以抑制过电压。过电压。此外，此外，还可作还可作晶体管保护晶体管保护、变变压器次级电路的半导体器件的保护压器次级电路的半导体器件的保护以及以及大气大气过电压保护过电压保护等。等。由于由于具有具有优异的非线性优异的非线性和短的响应时间，且温度系数小、压敏电压和短的响应时间，且温度系数小、压敏电压的稳定度高的稳定度高，故，故得以应用。得以应用。可用于彩色电视接收机、卫可用于彩色电视接收机、卫星地面站星地面站彩色监视器

34、彩色监视器及电子计算机末端及电子计算机末端数字数字显示装置中显示装置中稳定显像管阳极高压，以提高图稳定显像管阳极高压，以提高图像质量等。像质量等。当光线照射到当光线照射到上时，上时，如果光子能如果光子能量足够大量足够大，h Eg，就，就在在p-n结附近结附近激发出激发出。在自建电场的作用下，在自建电场的作用下，n区的区的被拉向被拉向p区，区，p区的区的被拉向被拉向n区，结果区，结果n区积累了负区积累了负电荷，电荷，p区积累了正电荷，产生区积累了正电荷，产生。若若将外电路接通将外电路接通，就有电流由，就有电流由p区流经外电路区流经外电路至至n区，这种效应称为区，这种效应称为。光电二极管光电二极管

35、、太阳能电池太阳能电池和和光电晶体管光电晶体管就是利就是利用用制成的制成的光电转换元件光电转换元件。通常通常不同的材料不同的材料具有不同的具有不同的，并，并在某在某一波长一波长有最大的灵敏度。有最大的灵敏度。在在(0.40.76 m)最适用的光敏材料最适用的光敏材料为为CdS和和CdSe；而在；而在(0.763 m)最适用的最适用的光敏材料为光敏材料为PbS。目前，常用于制造光敏电阻的光敏材料有目前，常用于制造光敏电阻的光敏材料有CdS、CdSe和和PbS。是利用是利用光生伏特效应光生伏特效应将太阳能将太阳能转换为电能的器件。转换为电能的器件。虽然能量虽然能量h Eg的光子均可产生激发，的光子

36、均可产生激发，但只有能量相当于但只有能量相当于Eg的部分才能转变为电能的部分才能转变为电能。光子吸收材料的禁带在。光子吸收材料的禁带在Eg0.9eV附近时，附近时，光子激发利用率最高。光子激发利用率最高。不仅受不仅受光子激发利光子激发利用率用率的限制，还受其他因素的影响。的限制，还受其他因素的影响。一般太阳能电池目前的转换率大都在一般太阳能电池目前的转换率大都在10以下。以下。综合考虑综合考虑影响转换效率的因素影响转换效率的因素，在在1.01.6eV较合适，较合适，因此，因此，Si、Cu2S、GaAs、CdTe等均可用作等均可用作太阳能电池材料。太阳能电池材料。Cu2S、CdTe常用作常用作陶瓷太阳能电池陶瓷太阳能电池的的，制成，制成Cu2S-CdS电池与电池与CdTe-CdS电池。电池。