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氧化鋅是鋅的氧化物，是一種難溶于水、可溶于酸和強堿的白色固體，研究證明它是一種新型的技術(shù)材料，常被作為添加劑使用在多種材料和產(chǎn)品中，同時它還是少數(shù)幾種具有量子尺寸效應的半導體氧化物材料。

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性質(zhì)變化的現(xiàn)象，導致氧化鋅能夠產(chǎn)生其本體塊狀材料所不具備的表面效應、小尺寸效應、量子效應等，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：當外加電壓小于其轉(zhuǎn)換電壓（即所謂壓敏電壓）時，其電阻極大；當外加電壓超過轉(zhuǎn)換電壓時，其內(nèi)電阻會在極短的時間內(nèi)變小，使其自身接近于導通狀態(tài)。在外場作用下，壓敏電阻的上述非線性電學特性可由非線性系數(shù)由α來表示。α可根據(jù)下式計算:

因此若將這樣的電阻以并聯(lián)方式與被保護電路相連接時，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，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)、線路進出線側(cè)、母線、電纜端頭、發(fā)電機出口、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電化處理以形成端電極，就可以將其制成壓敏電阻。實際上，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電金屬引線。最后，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，研究報道較多但至今未獲得工程應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，研究最深入、應用范圍最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、性能穩(wěn)定、制造工藝簡便等許多突出的優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應用于電力、交通、通訊、儀表、家電等各個行業(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、復合型，GIS型

避雷器用氧化鋅壓敏電阻

據(jù)文獻報道，Valeev K.S.等人在1957年時就首先報道 ZnO-TiO₂氧化物陶瓷的電流電壓非線性特性，隨后在 1961年，Kosman M.S.等人報道了ZnO-Bi₂O₃氧化物壓敏陶瓷，不過這些文獻報道沒有引起足夠重視。直到1969-1970年，日本人Matsuoka報道了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值達到50，這項重大、突破性的研究結(jié)果很快在電力輸配電線路上獲得應用。

而直到今日，工業(yè)上實際應用的氧化鋅壓敏陶瓷材料都是基于Matsuoka報道的成分，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最高機密。另外也可以通過改進制備工藝條件獲得綜合性能更高的氧化鋅壓敏陶瓷材料，以適應各種應用場合的需求，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！

資料來源：

納米氧化鋅的制備、摻雜及其光催化性能研究，韓帥。

氧化物壓敏陶瓷晶界特性與宏觀電性能的關(guān)系，盧振亞。

粉體圈 NANA整理