中國粉體網(wǎng)訊 壓敏材料是指在某一特定電壓范圍內(nèi)具有優(yōu)異非線性歐姆特性的一種半導體陶瓷材料。根據(jù)這種非線性歐姆特性，可以用這種半導體陶瓷材料制成非線性電阻元件，即壓敏電阻器。
由于壓敏電阻器在保護電力設備安全、保障電子儀器正常穩(wěn)定工作方面起著重要作用，且由于其造價低廉、制作方便，在各個行業(yè)內(nèi)都有運用，比如:航空、鐵路、汽車和各種家用電器領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛應用，國內(nèi)外眾多的學者中也對抗壓敏器材中的陶瓷材料進行了深入而又廣泛的研究。
目前，商品化的壓敏電阻器來自ZnO、TiＯ２、SrTiＯ３、SnO2等不同材料的壓敏陶瓷系列。下面對不同種類做整理，回顧這一發(fā)展接近60年的壓敏陶瓷。
1.ZnO系壓敏電阻陶瓷
低壓ZnO壓敏電阻的成分非常復雜。但研究表明，BiO和TiO等氧化物是實現(xiàn)壓敏電阻非線性特性和低壓化的最基本、最關(guān)鍵的添加物。
目前，獲得低壓ZnO壓敏電阻器的方法有以下幾種：
（1）疊層型片式ZnO壓敏電阻器。采用MLCC工藝將ZnO陶瓷流延膜與電極層交錯排列，層間電極與器件兩個端面電極相連。采用MLCC工藝制備的壓敏電阻器的壓敏電壓可以達到5~10V，非線性系數(shù)可達30。
（2）籽晶法ZnO壓敏電阻器。所謂籽晶法是原始配料過程中加入晶粒尺寸較大的ZnO晶粒作晶種，使材料在燒結(jié)時因籽晶的長大而達到增大平均晶粒尺
寸的目的。
（3）液相擴散等其它方法。利用液相擴散等方法，可以制備出壓敏電壓為3~5V的壓敏電阻器。
2.SrTiO系壓敏電阻陶瓷
ZnO壓敏陶瓷存在電阻介電系數(shù)小，介電損失較大，高頻噪音吸收能力差，對陡脈沖浪涌反應速度慢等缺點。
20世紀80年代由日本太陽誘電公司及松下公司相繼開發(fā)的SrTiO系壓敏材料彌補了這種不足。SrTiO基壓敏電阻具有良好的壓敏特性、低的壓敏電壓、大的電容量和小的漏電流，是一種典型的電容-壓敏雙功能元件。
SrTiO系雖然非線性系數(shù)較低（α<10），但介電常數(shù)大，具有壓敏和電容雙功能，吸收高頻噪聲和瞬態(tài)浪涌等，因此在電子線路的保護和消除電噪聲等方面有著廣泛的應用前景。
3.TiO2系電容–壓敏陶瓷
SrTiO基壓敏材料需要先在還原氣氛中燒結(jié)成低阻的半導體，然后經(jīng)過空氣中的再氧化。復雜的工藝使得它的制備成本較高。因此研究人員更為關(guān)注的是TiO2壓敏陶瓷。
TiO2壓敏陶瓷同樣具有壓敏電壓低，非線性高和電容量大的特點，可以克服ZnO壓敏電阻對噪音吸收能力差，反應速度慢的缺點，而且制備工藝簡單，只需要在空氣中一次燒結(jié)。
由于它的壓敏電壓低（可低于6V），非線性系數(shù)較高（可達9以上）以及超高的相對介電常數(shù)（在104~105量級），可以實現(xiàn)元件與電路的小型化，同時具有電容和壓敏雙重特性，因此在低壓領(lǐng)域的復合功能元件中占據(jù)主導地位。
4.SnO2壓敏電阻
SnO2壓敏陶瓷是20世紀90年代中開始發(fā)展起來的一種新型壓敏材料，也是近年來國際壓敏材料的研究熱點之一。
SnO2系壓敏電阻陶瓷是與ZnO和TiO2系類似的N型半導體。在不摻雜的情況下其內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，采用常規(guī)電子陶瓷制備工藝，經(jīng)過高溫燒結(jié)，通常只有理論密度的50%～60%左右，因而再過去被廣泛應用于氣體傳感器。
跟多相的ZnO壓敏陶瓷相比，SnO2壓敏陶瓷具有相對單一的晶相結(jié)構(gòu)，理論上應具有較大的通流面積。而其熱導率大、耐高溫等優(yōu)點使得在承受過大脈沖電流而失效時不會像ZnO壓敏元件那樣發(fā)生爆炸或穿孔破壞。此外，SnO2壓敏陶瓷還具有較小的晶粒尺寸，這也是其具有較高電位梯度的原因之一。
1995年P(guān)ianaro等人報道了新的SnO2基壓敏電阻陶瓷系統(tǒng)并取得了良好的非線性。該系統(tǒng)的主要特點是其在X射線衍射下具有單一的晶相結(jié)構(gòu)，這種單一的晶相結(jié)構(gòu)可能會解決已經(jīng)商品化壓敏電阻陶瓷的退化問題。
在國內(nèi)，山東大學的王矜奉等人采用不同氧化物進行摻雜，研究獲得了非線性系數(shù)為9.9-19.6的樣品。
華南理工大學的盧振亞等人研究了TiO2、MnCO3摻雜SnO2-Sb2O3系壓敏電阻材料，并著重研究材料的承受大電流脈沖的能力，研究獲得能夠承受脈沖電流的SnO2基壓敏電阻陶瓷。
縱觀國內(nèi)外有關(guān)SnO2基壓敏電阻陶瓷材料研究成果，其研究方法都類似于ZnO壓敏電阻的研究方法。
未來的發(fā)展方向
1.SnO2壓敏陶瓷是重點研究方向。
SnO2壓敏陶瓷是一種新型壓敏電阻陶瓷材料，它具有良好的非線性特性。與傳統(tǒng)的ZnO壓敏電阻陶瓷相比，其摻雜物種類少，摻雜量小，微觀結(jié)構(gòu)簡單均勻，具有良好的抗破壞能力。SnO2壓敏陶瓷是一種很有潛力的壓敏電阻陶瓷。
盡管取得很大進步，但是其導電機理等至今尚未得到一個確切的合理的解釋，仍需進一步完善。其綜合性能還有待于進一步提高，比如非線性系數(shù)、漏電流以及穩(wěn)定性等。
2.陶瓷粉體制備技術(shù)的研究
由于壓敏電阻的性能對陶瓷粉體的特征（如純度、形態(tài)、分布和顆粒大小等）比較敏感，而我國制備陶瓷粉體的原材料沒有專業(yè)的生產(chǎn)廠家，質(zhì)量難以保證，故很多廠家的陶瓷粉體都依靠進口。因此，加強陶瓷粉體制備技術(shù)，尤其是液相法的研究，不僅可以從根本上提高壓敏電阻的性能，還可以進一步提高產(chǎn)品的國產(chǎn)化程度。
3.基礎(chǔ)理論和機制的研究
對于壓敏電阻的非線性特性，盡管國際上提出了晶界深陷阱、非飽和過渡金屬氧化物在晶界偏聚形成深能級和氧在晶界處的吸附等理論，但對其產(chǎn)生的物理根源仍缺乏統(tǒng)一認識。今后，特別需要在晶界現(xiàn)象、導電機理、缺陷理論、老化機理等方面加強研究。
參考來源
胡光亮.SnO2壓敏電阻的制備及其性能的研究
邢曉東等.壓敏電阻陶瓷材料的研究進展
范積偉等.壓敏陶瓷研究的最新發(fā)展
楊逸宇.壓敏電阻陶瓷材料的種類與特性分析
