Gd2O3的掺杂对氧化锌压敏陶瓷的显微组织及电性能的影响

氧化锌压敏陶瓷是以ZnO为主要原料，添加多种氧化物（Bi₂O₃、Sb₂O₃、Co₃O₄等）经传统陶瓷工艺烧结而成的新型多功能半导体陶瓷元件。由于其具有非线性特性优良、能量吸收能力大、相应时间迅速等优点，而被应用于保护电力线的避雷器阀芯或保护电子元件不受电压突涌影响的电涌吸收器^[1,2]。随着电子设备向小型化、轻量化的发展趋势，使得压敏电阻的尺寸及重量也随之减小，因此，开发具有高压敏电压梯度和大能量吸收能力的压敏陶瓷具有重要意义。

氧化锌压敏陶瓷的非线性欧姆特性是一种晶界效应，其晶界的特性，如晶界数量、施主浓度、界面态密度、肖特基势垒高度等对压敏陶瓷的电学参数将产生直接影响。因此，通过掺杂添加剂来调控ZnO压敏陶瓷的微观结构及晶界性质成为提高其电学性能的主要手段。众多研究表明添加稀土氧化物能有效调控晶界势垒高度和抑制晶粒长大，从而提高ZnO压敏陶瓷材料的电位梯度。Chen等人^[3,4]研究了稀土氧化物Sm₂O₃/Dy₂O₃的掺入对ZnO压敏陶瓷微观结构及电学性能的影响规律。结果表明，Sm₂O₃/Dy₂O₃的掺入能有效降低压敏陶瓷的漏电流，提高其非线性系数和电位梯度。Li等人^[5]报道了同时掺杂Nd₂O₃和Y₂O₃添加剂对ZnO压敏陶瓷微观结构和电性能的影响，结果表明Nd₂O₃能显著提高其非线性性能，而Y₂O₃可作为ZnO晶粒的生长调节剂。Cao等人^[6]研究了不同CeO₂掺杂量对ZnO-Bi₂O₃基压敏陶瓷的电性能的影响，结果表明CeO₂作为施主掺杂能提高压敏陶瓷的非线性系数和压敏电压，但同时漏电流也会增加。众多研究均表明添加稀土氧化物能有效改善晶界特性，从而提高ZnO压敏陶瓷材料的电学性能。然而，目前关于稀土氧化物Gd₂O₃的掺杂对ZnO压敏陶瓷的微观结构、导电机理方面的研究还鲜为报道。

因此，本文采用传统的压敏陶瓷制备工艺制备不同Gd₂O₃掺杂浓度的ZnO压敏陶瓷，研究Gd₂O₃掺杂浓度对ZnO压敏陶瓷的晶体结构、微观形貌及电性能的影响规律。探索添加剂Gd₂O₃对ZnO压敏陶瓷晶界的作用机理，优化其掺杂浓度。