[发明专利]一种单分散纳米ZnO压敏陶瓷粉体的制备方法

说明书

技术领域

  本发明涉及纳米氧化锌，特指一种单分散纳米ZnO压敏陶瓷粉体的制备方法，属于电子陶瓷制备及应用技术领域。

背景技术

氧化锌(ZnO)是一种n-型直接宽带隙金属氧化物半导体材料(3.36V)，具有高的激子结合能(60meV)，良好的化学和热稳定性；ZnO掺杂微量的Bi、Pr、Co、Cr、Mn等元素制备的压敏陶瓷具有超常的非线性特性；氧化锌压敏陶瓷工作原理是基于所具有的伏安(I-V)非线性特性，即当电压低于某一临界值时，压敏陶瓷的阻值非常高，相当于绝缘体，当电压超过这一临界值时，电阻急剧减小，接近于导体，因为这种效应的存在，压敏电阻器被广泛应用于过压保护和稳压方面；随着工业化步伐的加快，对电力系统的需求增多、要求提高，高层建筑和大型工业设备的增多，对高压ZnO压敏电阻的需求量逐年上升，同时对其性能也提出了更高的要求；高压ZnO压敏电阻的优点是电压梯度高、大电流特性好，但能量容量小，容易损坏，解决这一问题的有效方法是开发高压高能型压敏电阻；ZnO压敏电阻电性能的提高主要取决于ZnO粉体的形貌尺寸，以及颗粒的分散程度, 因此制备形貌均一，颗粒尺寸小，分散性好的纳米复合ZnO粉体是生产过程的关键所在。

目前制备ZnO压敏陶瓷材料除了固相法以外，主要采用液相法，液相法主要包括沉淀法，水热法，溶胶凝胶法，微乳液法等；在这些方法中沉淀法应用最为普遍，因为沉淀法具有便于操作，工艺简单，适用于大型工业生产等优点；但是通常情况下在不采用额外辅助手段时，沉淀法制备得到的纳米ZnO粉体分散性较差，产物产率较低，颗粒大小不均；因此，目前研究的重点是探讨一种新的方法

从而制得高性能的ZnO压敏陶瓷材料。

    本发明主要采用十二烷基磺酸钠(SDS)作为分散剂合成纳米复合ZnO粉体，从而制得高性能的ZnO压敏陶瓷材料；十二烷基磺酸钠(SDS)是一种典型的阴离子表面活性剂，其结构同时包含亲水性基团磺酸基和亲油性基团十二烷基，这种不对称的两亲结构基团赋予十二烷基磺酸钠在溶液中的特殊性能，十二烷基磺酸钠(SDS)在水中活性增强易受外界因素的影响而诱发化学反应，这种变化可以使表面活性剂活性增强，其亲油基和亲水基在溶液中更容易体现其亲水能力，增强表面活性剂降低表面张力的能力；采用十二烷基磺酸钠(SDS)作为分散剂合成纳米复合ZnO，得到的粉体颗粒尺寸较小、形貌均一、物相分散均匀、粉体纯度高，有效的提高了ZnO压敏陶瓷的电性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZnO压敏陶瓷材料的制备方法，克服传统固相法和液相法制备纳米复合ZnO粉体存在的缺点，和解决当前ZnO压敏陶瓷材料制备粉体颗粒尺寸较大，且得到的氧化锌形貌不均匀，颗粒大小不一的问题，根据选用合适分散剂来改善ZnO粉体微观结构，提高ZnO压敏陶瓷材料的电性能。

本发明所采用的方法涉及到许多因素，如反应物的配比、反应温度、反应时间等，它包括以下步骤：

1、纳米复合ZnO粉体的制备

（1）以分析纯的Zn(NO₃)₂·6H₂O，Bi(NO₃)₂·5H₂O，Co(NO₃)₂·6H₂O，SbCl_3, 

MnCl₂·4H₂O, Cr(NO₃)₃·9H₂O为原料，分别配置Zn(NO₃)₂、Bi(NO₃)₂、Co(NO₃)₂、SbCl₃、 MnCl₂ 和Cr(NO₃)₃水溶液，以摩尔百分含量计算，按照97%的ZnO，1%的Sb₂O₃，0.5%的Bi₂O₃ ，0.5%的Co₃O₄，0.5%的CrO₃和0.5%的MnO的配比混合，搅拌均匀。