氧化鋅晶體結(jié)構(gòu)圖及其結(jié)晶體顯微圖像
不過真正要發(fā)揮氧化鋅材料的優(yōu)勢，首先要將其粉體的尺寸減小至納米級別，此時(shí)由于表面原子數(shù)與粒子總原子數(shù)的比值快速增大，會引起一連串物理化學(xué)性質(zhì)變化的現(xiàn)象，導(dǎo)致氧化鋅能夠產(chǎn)生其本體塊狀材料所不具備的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)等，從而具有優(yōu)良的光活性、電活性、燒結(jié)活性和催化活性。這一新的物質(zhì)狀態(tài)，賦予了氧化鋅這一古老產(chǎn)品在眾多領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，比如說壓敏陶瓷就是其一。
什么是壓敏陶瓷？
在了解壓敏陶瓷前，首先我們要先了解壓敏電阻。壓敏電阻是其自身電阻隨外加電壓增加呈典型非線性變化的電阻：當(dāng)外加電壓小于其轉(zhuǎn)換電壓（即所謂壓敏電壓）時(shí)，其電阻極大；當(dāng)外加電壓超過轉(zhuǎn)換電壓時(shí)，其內(nèi)電阻會在極短的時(shí)間內(nèi)變小，使其自身接近于導(dǎo)通狀態(tài)。在外場作用下，壓敏電阻的上述非線性電學(xué)特性可由非線性系數(shù)由α來表示。α可根據(jù)下式計(jì)算:
因此若將這樣的電阻以并聯(lián)方式與被保護(hù)電路相連接時(shí)，一旦電路中出現(xiàn)電壓過載，即電路中出現(xiàn)的浪涌電壓大于壓敏電壓時(shí)，壓敏電阻就可以將過載迅速旁路，從而避免過載對電路的損害。因此，壓敏電阻已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類家用電器、輸變電線路、汽車、避雷器（如下圖）等領(lǐng)域，防止各類電壓過載的損害，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，是人類現(xiàn)代社會生活必不可少的安全保障。
避雷器是變電站被保護(hù)設(shè)備免遭雷電沖擊波襲擊的設(shè)備，會裝在需限制過電壓的地方，例如：變壓器高低壓側(cè)、線路進(jìn)出線側(cè)、母線、電纜端頭、發(fā)電機(jī)出口、架空線路等地方
而壓敏陶瓷就是絕大多數(shù)壓敏電阻主體。理論上，通過燒銀等工藝將壓敏陶瓷兩對稱端面作導(dǎo)電化處理以形成端電極，就可以將其制成壓敏電阻。實(shí)際上，除了上面的處理工序外，商用壓敏電阻還需在端電極上焊接導(dǎo)電金屬引線。將除引線以外的整體壓敏電阻主體封裝在防水材料之中。
若過電壓引起的浪涌能量太大，超過了選的壓敏電阻器極限的承受能力，則壓敏電阻器在抑制過電壓時(shí)將會發(fā)生電阻燒壞的現(xiàn)象
氧化鋅在壓敏陶瓷中的地位
壓敏陶瓷主要由金屬氧化物制成，目前已開發(fā)成產(chǎn)品并大量應(yīng)用的氧化物壓敏陶瓷材料有兩類：一類是氧化鋅壓敏陶瓷材料，其主晶相為氧化鋅；另一類是鈦酸鍶壓敏陶瓷材料，其主晶相為純鈦酸鍶或部分位和或位置換改性的鈦酸鍶。除了這兩種外，研究報(bào)道較多但至今未獲得工程應(yīng)用的氧化物壓敏陶瓷材料還有：氧化鈦壓敏陶瓷、氧化錫壓敏陶瓷、氧化鎢陶瓷、鈦酸銅鈣陶瓷等。
其中，研究深入、應(yīng)用范圍廣的壓敏陶瓷是氧化鋅基壓敏陶瓷，是以氧化鋅為主要原料（大于原料重量比的90%），在此基礎(chǔ)上添加少量的氧化鉍、氧化銻、氧化鐠、氧化錳、氧化鈷、氧化鈮及其它稀土氧化物中的一種或幾種制成。由于氧化鋅壓敏陶瓷具有非線性系數(shù)高、浪涌吸收能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、制造工藝簡便等許多突出的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力、交通、通訊、儀表、家電等各個(gè)行業(yè)作為浪涌吸收、過電壓抑制和穩(wěn)電壓等器件。
金屬氧化物避雷器的核心就是氧化鋅閥片
從左到右：瓷套型、復(fù)合型，GIS型
避雷器用氧化鋅壓敏電阻
據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，ValeevK.S.等人在1957年時(shí)就首先報(bào)道ZnO-TiO2氧化物陶瓷的電流電壓非線性特性，隨后在1961年，KosmanM.S.等人報(bào)道了ZnO-Bi2O3氧化物壓敏陶瓷，不過這些文獻(xiàn)報(bào)道沒有引起足夠重視。直到1969-1970年，日本人Matsuoka報(bào)道了ZnO-Bi2O3-Sb2O3-CoO-MnO-Cr2O3五元雜質(zhì)添加的ZnO-Bi2O3系氧化物壓敏陶瓷材料，其非線性系數(shù)α值達(dá)到50，這項(xiàng)重大、突破性的研究結(jié)果很快在電力輸配電線路上獲得應(yīng)用。
而直到今日，工業(yè)上實(shí)際應(yīng)用的氧化鋅壓敏陶瓷材料都是基于Matsuoka報(bào)道的成分，只是為了提高或改變某些參數(shù)而引入了其他添加成分，不過具體的配方都會被廠商視為高機(jī)密。另外也可以通過改進(jìn)制備工藝條件獲得綜合性能更高的氧化鋅壓敏陶瓷材料，以適應(yīng)各種應(yīng)用場合的需求，這部分內(nèi)容我們將留到下一篇文章繼續(xù)整理，感興趣的話就可以關(guān)注一下！
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