（材料學(xué)專業(yè)論文）超細(xì)tio2導(dǎo)電粉的制備及其電學(xué)性能研究.pdf

墾塑些 盔蘭堡 蘭壘絲蘭一 一 墮 摘要 二氧化鈦導(dǎo)電粉作為一種功能材料 主要以導(dǎo)電填料的形式應(yīng)用于高分子材 料中 與傳統(tǒng)的碳系和金屬系導(dǎo)電粉相比 二氧化鈦導(dǎo)電粉顏色淺 導(dǎo)電性能穩(wěn) 定 耐腐蝕性強(qiáng) 具有十分廣闊的應(yīng)用前景 本文以五水四氯化錫 s n c l 4 5 h 2 0 三氯化銻 s b c l 3 和超細(xì)二氧化鈦粉 為主要原料 采用濕化學(xué)方法 通過(guò)在二氧化鈦顆粒表面包覆s b 摻雜s n 0 2 制各 二氧化鈦導(dǎo)電粉 運(yùn)用差熱一示差掃描量熱 t g d s c x 一射線衍射 x r d x 一射線光電子能譜 x p s 掃描電鏡 s e m 能譜測(cè)試 e d s 和比表面積測(cè) 定 b e t 等手段對(duì)二氧化鈦導(dǎo)電粉進(jìn)行了表征 系統(tǒng)研究了包覆層中s b 的摻雜 量 導(dǎo)電膜的厚度以及熱處理溫度等工藝參數(shù)對(duì)粉體導(dǎo)電性能的影響規(guī)律 并采 用增重法計(jì)算出了不同反應(yīng)配比下導(dǎo)電膜的厚度 研究表明 本論文研究的工藝可以制備導(dǎo)電性能優(yōu)異的二氧化鈦導(dǎo)電粉 其 電阻率小于1 0 0q c n l 當(dāng)s b 的摻雜濃度低于臨界值時(shí) 摻雜元素s b 能有效的 以晶格取代的形式固溶到s n o 品格中 提供自由電子 顯著提高導(dǎo)電載流子濃 度 均勻 連續(xù)的導(dǎo)電膜是導(dǎo)電載流子能夠以最小阻力進(jìn)行遷移的前提條件 s n 0 2 t i 0 2 比例的大小決定了導(dǎo)電層的形成情況 在s n 0 2 t i 0 2 比例為0 2 5 時(shí) 基 本形成均勻 連續(xù)的導(dǎo)電膜 煅燒溫度主要對(duì)s n 0 2 的晶化程度和s b 的價(jià)態(tài)產(chǎn)生 影響 在1 5 0 9 0 0 c 區(qū)惻 隨煅燒溫度的升高s n 0 2 的晶化逐步完善 但s b 的價(jià) 態(tài)在5 0 0 4 c 以后發(fā)生逆轉(zhuǎn) 5 0 0 c 以前 s b 由s b 3 向s b 5 轉(zhuǎn)變 有利于導(dǎo)電性能 的改善 5 0 0 c 以后s b 丌始由s b 轉(zhuǎn)變?yōu)閟 b 使粉體的導(dǎo)電性能降低 煅燒溫 度應(yīng)選擇在5 0 0 左右 關(guān)鍵詞 導(dǎo)電粉二氧化鈦二氧化錫銻摻雜 曼型型 查蘭堡 蘭垡笙蘭 一一一 i 里 a b s t r a c t t i 0 2 c o n d u c t i v e p o w e r a k i n do ff u n c t i o n a lm a t e r i a l w a so f t e nu s e di n m a c r o m o l e c u l a r m a t e r i a la sc o n d u c t i v e s t u f f i n g c o m p a r e d w i t ht r a d i t i o n a l c o n d u c t i v e p o w e rs u c h a sc a r b o n i c p o w d e ra n d m e t a l l i c p o w e r i th a s a s l i g h t c o l o r a t i o n s t a b l ec o n d u c t i v i t ya n ds t r o n g l yc a p a b i l i t yo f c a u t e r i z a t i o n r e s i s t a n t i th a s a p r o m i s i n ga p p l i c a t i o ni nt h ef u t u r e i nt h i sp a p e r t h ec o n d u c t i v ep o w e ro ft i 0 2t h a tw a sc o a t e db ys b d o p e ds n 0 2 w a sp r e p a r e db yw e tc h e m i c a lm e t h o dw i t ht h er a wm a t e r i a ls n c l 4 5 h 2 0a n ds b c l 3 a n dt h ep o w d e rw a sc h a r a c t e r i z e db ys e m t g d s c b e t x r d x p se ta 1 t h e e f f e c t so ft h et h i c k n e s so fc o n d u c t i v et h i nf i l m s bd o p i n gl e v e l h e a t i n gt r e a t m e n t t e m p e r a t u r ew e r es y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e d a n dt h et h i c k n e s so fc o n d u c t i v ef i l m t h a tw a s p r e p a r a t i o n w i t hd i f f e r e n tp r o p o r t i o no fc h e m i c a lr e a c t i o nw a sw o r k e do u tb y w e i g h ti n c r e a s em e t h o d t h er e s u l t so fo u rr e s e a r c hs h o w e dt h ef o l l o w i n g t h ep r e p a r a t i o nt e c h n i q u e s t u d i e di nt h i sp a p e rc o u l db eu s e dt op r o d u e ee x c e l l e n tc o n d u c t i v et i 0 2 p o w d e r t h e r e s i s t a n c er a t eo ft h ep o w d e rw a sl e s st h a n10 0 f l c m t h ed o p e ds ba t o m sb e c a m e s o l u t ei nt h el a t t i c eo fs n 0 2p h a s e sb ys u b s t i t u t i o na n dp r o v i d ef r e ee l e c t r o n st h a t c o u l di n c r e a s et h ec o n c e n t r a t i o no fc o n d u c t i v ec a r r i e r sw h e nt h ed o p i n gc o n c e n t r a t i o n o fs bw a sb e l o wt h ec r i t i c a lv a l u e t h es c a l eo fs n 0 2 t i 0 2d e t e r m i n e dt h ef o r m a t i o n o fe v e na n dc o n t i n u o u sc o n d u c t i v ef i l m a n dt h ee v e na n dc o n t i n u o u sc o n d u c t i v ef i l m w a st h ep r e c o n d i t i o nt og u a r a n t e et h es m o o t hm o v e m e n to fc o n d u c t i v ec a r r i e r st h a t w o u l dm e e tt h el e a s tr e s i s t a n c ei nt h ec o u r s eo f t r a n s f e r s t u d ys h o w e dt h a tt h ep r o p e r s c a l eo fs n o f f t i 0 2w a s0 2 5 t h eh e a t i n g t e m p e r a t u r ew a sm a i n l ye f f e c to nt h ed e g r e e o fc r y s t a l l i z a t i o ni n s n 0 2 t h ec r y s t a l o fs n 0 2w a sb e c o m i n g p e r f e c tw h e nt h e h e a t i n gt e m p e r a t u r ew a sb e t w e e n15 0 9 0 0 b u tt h ec h e m i c a ls t a t eo fs bo c c u r r e d a f t e rt h et e m p e r a t u r ew a sa b o v e5 0 0 e x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h et r a n s f o r m a t i o no f s bf r o ms b 3 t os b 5 w a su s e f u lt or e d u c et h er e s i s t a n c er a t eo fd o w d e rw h e nt h e t e m p e r a t u r ew a sb e l o w5 0 0 c a n dt h ec o n d u c t i v i t yo fp o w d e rw o u l db e c o m ew o r s e w i t ht h et r a n s f o r m a t i o no fs bf r o ms b 5 t os b 3 a f t e rt h e t e m p e r a t u r ew a sa b o v e5 0 0 c s ot h ep r o p e rh e a t i n g t e m p e r a t u r ew a s 5 0 0 n 昆i j i 理工人學(xué)碩 1 學(xué)位論文 摘要 k e y w o r d s c o n d u c t i v ep o w d e r t i 0 2s n 0 2s b d o p i n g i i i 昆明理工大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 y6 6 8 9 8 0 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 或 我個(gè)人 進(jìn)行研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi) 容外 本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成 果 對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在論文中作了明 確的說(shuō)明并表示了謝意 本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān) 學(xué)位論文作者簽名 悔舟 e l 期 少口吐年讓月乒乎日 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解昆明理工大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 學(xué)校有權(quán)保留 送交論文的復(fù)印件 允許論文被查閱 學(xué)?？梢怨?論文的全部或部分內(nèi)容 可以采用影印或其他復(fù)制手段保留論文 保密論文在解密后應(yīng)遵守 導(dǎo)師簽名 磐陀 芝 注 此頁(yè)放在封面后 目錄前 論文作者簽名 節(jié) 丹 日期 j c 厶年恤月0 8 日 昆明理 t 大學(xué)碩士學(xué)位論文 笫一章緒論 第一章緒論 1 1 引言 所謂導(dǎo)電粉是指具有一定導(dǎo)電性能的粉體 傳統(tǒng)的導(dǎo)電粉多以碳系 導(dǎo)電粉和金屬系導(dǎo)電粉為主 如碳黑 石墨 銅粉 鋁粉 鎳粉等 傳 統(tǒng)導(dǎo)電粉因存在顏色較暗 分散性差等缺點(diǎn)而在應(yīng)用時(shí)受到限制 目前 以新陶瓷系化合物或金屬氧化物為主體的新型導(dǎo)電粉 如二氧化鈦導(dǎo)電 粉 a t o 摻銻二二氧化錫 導(dǎo)電粉等正在家電 電子工業(yè)等領(lǐng)域中逐步 取代傳統(tǒng)的導(dǎo)電粉 隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展 導(dǎo)電粉作為一種特殊的功能材料得到了 廣泛的應(yīng)用 它主要以導(dǎo)電填料的形式應(yīng)用于高分子材料 包括導(dǎo)電涂 料 中 使其具有導(dǎo)電性 抗靜電性以及屏蔽電磁波等功能 目前國(guó)內(nèi) 外對(duì)淺色導(dǎo)電粉的研究非?；钴S 已開(kāi)發(fā)出淺色 自色乃至透明的導(dǎo)電 粉 我國(guó)在這方面的研究尚處于起步階段 1 2 導(dǎo)電粉的種類 導(dǎo)電粉種類較多 通常把導(dǎo)電粉分為傳統(tǒng)導(dǎo)電粉和新型導(dǎo)電粉兩類 1 2 1 傳統(tǒng)導(dǎo)電粉 傳統(tǒng)導(dǎo)電粉是指九十年代以前以碳系和金屬系為主體的導(dǎo)電粉 這 些導(dǎo)電粉存在一定的缺陷 因而在應(yīng)用時(shí)受到限制 碳系導(dǎo)電粉如導(dǎo)電 碳黑和石墨呈黑色 著色力強(qiáng) 穩(wěn)定性較好 但較難分散 以其為填料 所制得的產(chǎn)品顏色很暗 不為人們所喜歡 金屬系導(dǎo)電粉雖然導(dǎo)電性強(qiáng) 色淺 但價(jià)格昂貴 如銀導(dǎo)電粉 易于氧化 如鋁 銅 鎳等金屬粉末 而且耐腐蝕性差并干擾無(wú)線電波 因此 傳統(tǒng)導(dǎo)電粉在應(yīng)用時(shí)有它的局 限性 1 2 2 新型導(dǎo)電粉 2 1 0 新型導(dǎo)電粉多為陶瓷系化臺(tái)物或者金屬氧化物經(jīng)導(dǎo)電性處理后制得 從導(dǎo)電粉的外觀顏色來(lái)看 新型導(dǎo)電粉主要有透明 納米t i 0 2 摻雜s n 0 2 等 白色 導(dǎo)電t i 0 2 和彩色 白色導(dǎo)電t i 0 2 與其它顏料或染料復(fù)合 昆i j j 理工人學(xué)碩 學(xué)位論文 第一章緒論 三種 從其顆粒外觀形貌上看有球狀 金屬氧化物系 針狀 硼酸鋁系 和鈦酸鉀系 d 0 3 0 6 1 t m l o 2 0 t t m 以及片狀 礦物質(zhì)系 等 彩色導(dǎo)電粉有二種 一種是金屬氧化物系的有色顏料經(jīng)導(dǎo)電性處理而 形成的粉術(shù) 粉末本身有顏色 這種導(dǎo)電粉化學(xué)穩(wěn)定性 分散性皆優(yōu) 色 彩鮮艷 另一種是將白色導(dǎo)電粉與有色顏料混合而成 彩色導(dǎo)電粉可以 與基材任意著色 透明導(dǎo)電粉與彩色導(dǎo)電粉組成成分相同 因其顆粒直 徑很小達(dá)到納米級(jí) 能夠使光線通過(guò)而失去遮蓋力 所以呈透明狀 對(duì) 透明導(dǎo)電粉要求折射率低 光散射少 若使用透明粉末 底材色彩可以 清晰地顯現(xiàn)出來(lái) 按制備工藝的不同 新型導(dǎo)電粉又可分為摻雜型導(dǎo)電粉和復(fù)合型導(dǎo)電 粉 摻雜型導(dǎo)電粉主要利用一些金屬氧化物經(jīng)摻雜后具有的半導(dǎo)體特性 而制得 如摻銻氧化錫 a t o 摻錫氯化銦 i t o 摻氟氧化錫 f t o 以及摻鋁氧化鋅 a z o 和摻鎵氧化鋅 g z o 等 復(fù)合型導(dǎo)電粉主要 以金屬氧化物及一些礦物質(zhì)作為基體或芯材 在其表面包覆一層或幾層 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 耐腐蝕性強(qiáng) 導(dǎo)電率高的導(dǎo)電物質(zhì) 如銀 錫 銅或者 氧化物等 用這種方法制備導(dǎo)電粉是目前的研究趨勢(shì) 復(fù)合型導(dǎo)電粉對(duì) 基體和芯料的白度有一定的要求 這樣可以使制得的導(dǎo)電粉顏色較淺 基體和芯料多選擇諸如氧化鈦 氧化鋅等金屬氧化物以及石英 云母 重晶石等礦物質(zhì) 與傳統(tǒng)導(dǎo)電粉相比 新型導(dǎo)電粉的分散性好 顏色可調(diào) 并且化學(xué)性 質(zhì)穩(wěn)定 耐腐蝕性強(qiáng) 其中二氧化鈦導(dǎo)電粉白度較高 耐候性好 主要 作為抗靜電添加劑 a t o 導(dǎo)電粉具有淺色透明性 主要用作氣敏材料 電極材料等 云母導(dǎo)電粉比重小 分散性好并帶有光澤 具有特殊的裝 飾效果 1 3 導(dǎo)電粉的特點(diǎn)及性能要求 通常對(duì)導(dǎo)電粉要求具有以下性能和特點(diǎn) 6 1 1 1 2 1 導(dǎo)電性好 對(duì)于靜電的帶電而言 區(qū)分導(dǎo)體與絕緣體同一般電路上所說(shuō)的概念 是不同的 昆i 劌理t 人學(xué)碳i j 學(xué)位論文 第一章緒論 路 簍 電阻率 1 0 1 2q c m 導(dǎo)體電阻率1 0 6 1 0 9 o c m 靜電帶電 絕緣體電阻率 1 0 1 2q e m 因此 當(dāng)將導(dǎo)電粉用于消除和防止靜電時(shí) 要求其電阻率在1 0 1 0 9q e m 之間 2 透波性好 為了能夠在雷達(dá)罩上使用 要求導(dǎo)電粉對(duì)電磁波無(wú)干擾 透波率 高 即電磁波的損耗小 一般要求抗電涂層的透波率 8 5 3 顏色淺 目前從裝飾的角度出發(fā) 一般要求導(dǎo)電粉顏色應(yīng)為白色 近白色 淺灰 淺藍(lán) 淺駝等 這樣不影響制件的外觀 具有可裝飾性 4 穩(wěn)定性好 為了能夠長(zhǎng)期保持導(dǎo)電粉的導(dǎo)電性能不變以及能夠耐熱 耐寒和耐一 般化學(xué)藥品腐蝕 要求導(dǎo)電粉要有良好的穩(wěn)定性 5 相容性好 能與各種基料 樹(shù)脂 橡膠等 充分混合 相容 以便制成各種用途 的 抗靜電材料 6 成本盡可能低 表l 一1 列出了各種導(dǎo)電粉及其性能指標(biāo) 1 4 導(dǎo)電粉的應(yīng)用 1 2 1 4 2 2 導(dǎo)電粉的主要使用方法有2 種 一種是以涂料或油墨等方式涂布于 薄膜 板材和成型品上 形成表面電阻低 透明或者有色的導(dǎo)電層 另 一種是將導(dǎo)電粉與塑料 橡膠或纖維等混煉來(lái)提高這些有機(jī)材質(zhì)的導(dǎo)電 性能 涂布導(dǎo)電粉的產(chǎn)品 一般稱防靜電薄膜和防靜電紙 或?qū)щ娦匝b 昆明理工 學(xué)碩l j 學(xué)位論文 第一章緒論 表1 1 各種導(dǎo)電粉及其特點(diǎn) t a b l ei it h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tc o n d u c t i v ep o w d e r 體系類別品種 主要特點(diǎn) 乙炔碳黑著色力強(qiáng) 難分散 顏色 碳黑 其它碳黑 深 碳 聚丙烯晴 p a n 基導(dǎo)電性好 成本高 加工 碳纖維 瀝青基困難 系 天然石器導(dǎo)電性好 細(xì)度高 顏色 石墨 人造石墨深 易氧化變質(zhì) 銀等價(jià)格昂 金金屬粉鐵 鋁 鎳 銀 銅等 貴 屬 金屬薄片鋁等導(dǎo)電性好 色彩鮮艷 系 金屬纖維鋁 鎳 銅 不銹鋼纖維價(jià)格昂貴 加 1 困難 氧化 t i o z s n o z z n o l n 2 03導(dǎo)電性良好 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn) 金屬氧化物 物系等 定 顏色可調(diào) 成本低 飾板 與導(dǎo)電粉混煉的產(chǎn)品 一般稱防靜電塑料 防靜電橡膠或?qū)щ娦?塑料 導(dǎo)電性橡膠 依據(jù)導(dǎo)電粉種類及加入量的不同 相應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合 材料的電阻率及其用途也不同 對(duì)于電阻率為1 0 6 1 0 1 0 0 鋤的導(dǎo)電復(fù) 合材料通常用于防止和消除靜電 電阻率為10 0 1 0 6 0 鋤的導(dǎo)電復(fù)合 材料用于發(fā)熱 電極和電阻材料 電阻率小于1 0 0 q 帆的導(dǎo)電復(fù)合材料 用于電極 電磁波屏蔽等 導(dǎo)電粉作為制備導(dǎo)電涂料 導(dǎo)電塑料以及其 它高分子聚合物的填料 應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛 尤其在電子工業(yè) 建筑工 業(yè)以及航天技術(shù)等方面具有重要的實(shí)用價(jià)值 目前導(dǎo)電粉的應(yīng)用領(lǐng)域主 要有下面幾種 1 抗靜電和導(dǎo)電領(lǐng)域 這是導(dǎo)電粉應(yīng)用最多最廣泛的領(lǐng)域 由于高分子材料的電氣絕緣性 能優(yōu)良 因此在成型 運(yùn)輸和使用過(guò)程中 一旦受到摩擦和擠壓就很容 易產(chǎn)生和積累靜電 這些積累在翩品表面的靜電 可能給成型操作帶來(lái) 困難 影響產(chǎn)品質(zhì)量 也可能由乎吸塵嚴(yán)重難于凈化而影響在超凈化環(huán) 境 如手術(shù)室 計(jì)算機(jī)室 精密儀器室等 中的應(yīng)用 這些積累的靜電 也會(huì)在錄音 錄像時(shí)產(chǎn)生雜音和雜波 尤為嚴(yán)重的是 當(dāng)靜電積累到一 昆蜊理t 大學(xué)碩 i 學(xué)位論文 第一章緒論 定程度對(duì)就會(huì)產(chǎn)生靜電放電現(xiàn)象 導(dǎo)致各種精密儀器和精密電子元件被 擊穿而報(bào)廢 也可能引起易燃易爆物起火或爆炸 造成惡性事故 鑒于 以上原因 國(guó)外從5 0 年代起就已對(duì)高分子材料的抗靜電問(wèn)題進(jìn)行了研究 將導(dǎo)電粉以涂覆或混煉的方式應(yīng)用于高分子材料中 使其具有抗靜電功 能 從本質(zhì)上避免了上述問(wèn)題的發(fā)生 目前大批性能良好 品種齊全的 抗靜電材料相繼投入到工業(yè)應(yīng)用中 2 電磁波屏蔽 隨著各種家用電器和商用電子產(chǎn)品數(shù)量的迅速增加 電磁波干擾 e l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e 簡(jiǎn)稱e m i 已成為一種新的社會(huì)公害 一 方面 這種電磁波對(duì)其周?chē)碾娮觾x器 電器設(shè)備的正常工作產(chǎn)生不同 程度的干擾作用 使其無(wú)法正常工作 特別是隨著電子元件的小型化 集成化 輕量化和數(shù)字化的發(fā)展 我們所使用的計(jì)算機(jī) 錄像機(jī)和家用 電器等電子儀器和設(shè)備的工作電壓往往很低 極易受到外界電磁波干擾 而出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作和圖像障礙 另一方面 電磁波向外輻射 會(huì)使其信息 泄漏 在1 公里距離內(nèi) 計(jì)算機(jī)顯示終端的電磁輻射可以被竊收并復(fù)原 如不加以防范 可能帶來(lái)重大危害 由于高分子材料對(duì)電磁波沒(méi)有吸收 和反射作用 無(wú)防護(hù)能力 因此高分子材料作為電子產(chǎn)品的殼體材料必 須進(jìn)行電磁波屏蔽處理 最有效的方法就是在高分子材料中添加導(dǎo)電粉 使其具有屏蔽電磁波的功能 一般要求材料的屏蔽效果達(dá)到2 0 6 0 d b 的中等屏蔽值 按體積電阻 率計(jì)則要求材料的電阻率應(yīng)在1 00 以下 因此要求添加的導(dǎo)電材料 要具有較好的導(dǎo)電性 3 自控溫發(fā)熱材料 也稱p t c 材料 將導(dǎo)電粉以填料的形式混合在高分子材料中可以制得高分子復(fù)合導(dǎo) 電材料 這種材料具有p t c 效應(yīng) 自控溫發(fā)熱效應(yīng) 迄今國(guó)外少數(shù)發(fā)達(dá) 國(guó)家己研制出了適用于工業(yè)應(yīng)用的以高分子復(fù)合導(dǎo)電p t c 材料為發(fā)熱體 的自控溫加熱帶和加熱電纜 與傳統(tǒng)采用金屬導(dǎo)線或蒸汽加熱相比 這 種加熱帶和加熱電纜除具有電熱 自調(diào)功率和自動(dòng)限溫三項(xiàng)功能外 還 兼有加熱速度快 節(jié)省能源 使用方便 控溫保溫效果好以及性能穩(wěn)定 使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) 廣泛用于氣 液體輸送管道 罐體防凍保溫以及各 類融雪裝置 在電子領(lǐng)域里 高分子復(fù)合導(dǎo)電p t c 材料主要用于溫度補(bǔ) 償和測(cè)量 過(guò)熱以及電流保護(hù)元件等 在民用方面 高分子復(fù)合導(dǎo)電p t c 昆明理t 人學(xué)壩 i 學(xué)位論義 第一章緒論 材料得到了越來(lái)越廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 例如電視機(jī)屏幕消磁系統(tǒng) 各種 日常用品以及家電產(chǎn)品的發(fā)熱材料等 4 壓敏導(dǎo)電膠 壓敏導(dǎo)電膠也是以導(dǎo)電粉為填料而制成的 壓敏導(dǎo)電膠的電阻可以 隨外加壓力的變化而變化 它可以分為兩種 一種是當(dāng)材料的外加壓力 小于某一確定值時(shí) 整個(gè)材料呈絕緣狀態(tài) 大于該值時(shí) 材料呈現(xiàn)導(dǎo)電 態(tài) 能作通一斷動(dòng)作 另一種是電阻隨外加壓力而連續(xù)變化的可變電阻 導(dǎo)電膠 用這種壓敏導(dǎo)電膠材料可制作成各種傳感器 以判別車(chē)輛的軸 信息 溶劑濃度和變形力大小等 也可制作成觸摸控制開(kāi)關(guān) 用于視頻 錄像重現(xiàn) 投影擴(kuò)大機(jī)等級(jí)轉(zhuǎn)換以及照相機(jī)的多種速度調(diào)節(jié)等 1 5 導(dǎo)電粉的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 8 9 2 3 2 6 導(dǎo)電粉的開(kāi)發(fā)應(yīng)用較早 1 9 3 0 年 用于消除靜電的導(dǎo)電粉已得到應(yīng) 用 19 4 8 1 9 4 9 年間 銀系和碳系導(dǎo)龜粉在美國(guó)公開(kāi)報(bào)道 銀系導(dǎo)電粉 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 防腐蝕性強(qiáng) 導(dǎo)電性能優(yōu)異 體積電阻率可達(dá)1 0 4 1 0 5 q 鋤 但由于價(jià)格昂貴 除有特殊要求的領(lǐng)域 如射電望遠(yuǎn)鏡等高 精密度電子儀器 外 一般民用電子產(chǎn)品很少使用 碳系導(dǎo)電粉雖然成 本低廉 但因其體積電阻率為1 0 2 1 0 3q c r n 一般很少用作電磁屏蔽 涂層 通常用于抗靜電領(lǐng)域 鎳系導(dǎo)電粉在7 0 年代初由美國(guó)首先開(kāi)發(fā) 起初是一種軍用涂料 它 的體積電阻率為1 0 3q 鋤 因?yàn)殒嚤容^容易被氧化 所以使用前一般 都要經(jīng)過(guò)處理 達(dá)到所要求的穩(wěn)定性后方能使用 8 0 年代初 銅系導(dǎo)電粉在應(yīng)用技術(shù)上取得重大突破 開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用 化階段 與銀系和碳系導(dǎo)電粉相比 銅系導(dǎo)電粉占有很大優(yōu)勢(shì) 一方面 銅系導(dǎo)電粉的導(dǎo)電性比鎳系高出一個(gè)數(shù)量級(jí) 體積電阻率為1 0 4 q 鋤 與銀系導(dǎo)電粉接近 另一方面 因銅系導(dǎo)電粉的比重比鎳系導(dǎo)電粉比重 小 在達(dá)到相同屏蔽效率的情況下 不但可以用量少 節(jié)約成本 而且 單位面積的重量輕 適宜在飛機(jī)及其落飛行器上使用 9 0 年代 國(guó)外開(kāi)始致力于開(kāi)發(fā)新罄導(dǎo)電粉 日本 德國(guó) 法國(guó)等國(guó) 家相繼研制出會(huì)屬氧化物導(dǎo)電粉 這種新型導(dǎo)電粉以廉價(jià) 質(zhì)輕的材料 6 昆明理丁大學(xué)碩十學(xué)位論文 第一章緒論 如金屬氧化物和一些礦物質(zhì) 云母 重晶石等 作為基體或芯材 在其 表面包覆一層或幾層化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 耐腐蝕性強(qiáng)的導(dǎo)電物質(zhì) 如銀 錫 銅或者氧化物等 這些新型的導(dǎo)電粉大多顏色淺 分散性和耐候性好且 制造成本低廉 對(duì)新型導(dǎo)電粉的研制和開(kāi)發(fā)以日本的商業(yè)化和工業(yè)化程度最高 日 本導(dǎo)電粉的生產(chǎn)廠有數(shù)家 三菱材料公司 三井金屬公司和大坶化學(xué)公 司是同本最大的三家生產(chǎn)導(dǎo)電粉的廠家 其中三菱材料公司居首位 三 菱材料公司生產(chǎn)的導(dǎo)電粉有白色型3 種 透明型2 種 白色型是在氧化 鈦的表面形成氧化錫系導(dǎo)電膜 透明型以氧化錫或氧化銦系為主要成份 粒徑在0 2 i x m 以下 三井金屬公司有5 種產(chǎn)品 1 型是復(fù)合金屬氧化物 黃色與橙色 2 型為氧化鉛系 白色 3 型為硫化鋅系 綠色 4 型為硫 酸鋇系 微藍(lán)白色 5 型為硼酸鋁系須晶 1 至4 型是顆粒狀粉末 須晶 為針狀 其表面包覆導(dǎo)電性氧化鋦膜 大蟓化學(xué)公司有3 種鈦酸鉀系須 晶導(dǎo)電粉 將此導(dǎo)電粉用于涂料 能改善涂膜的耐沖擊性 若與塑料混 煉 能發(fā)揮補(bǔ)強(qiáng)作用 因鈦酸鉀系須晶為白色粉末 所以與著色劑混合 能得到任意的色彩 相比之下 國(guó)內(nèi)對(duì)新型導(dǎo)電粉的研制和開(kāi)發(fā)起步比較晚 目前 主 要有上海高納粉體技術(shù)有限公司 廣東成殷高科和北京博瑞賽導(dǎo)電粉體 材料發(fā)展中心三家企業(yè)生產(chǎn)新型導(dǎo)電粉 上海高納粉體技術(shù)有限公司主 要提供a t o t i 0 2 導(dǎo)電粉和云母導(dǎo)電粉 產(chǎn)品的性駘指標(biāo)見(jiàn)表1 2 廣 東成殷高科主要生產(chǎn)t i 0 2 導(dǎo)電粉 產(chǎn)品的性能指標(biāo)見(jiàn)表1 3 與前兩個(gè) 廠家相比 北京博瑞賽導(dǎo)電粉體材料發(fā)展中心是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)新型導(dǎo)電 粉品種最多的企業(yè) 專業(yè)從事導(dǎo)電粉的研發(fā) 生產(chǎn)和銷售 已通過(guò) i s 0 9 0 0 1 2 0 0 2 認(rèn)證 該中心導(dǎo)電粉的主要產(chǎn)品有導(dǎo)電鈦白粉 導(dǎo)電二 氧化硅 導(dǎo)電白碳黑以及導(dǎo)電云母粉等 其中導(dǎo)電鈦?zhàn)苑蹖?duì)光的吸收少 散射能力大 光澤 白度 和遮蓋力等光學(xué)性能良好 適用于對(duì)白度要 求較高的導(dǎo)電 防靜電領(lǐng)域 以空心二氧化硅和白碳黑為基體制成的導(dǎo) 電二氧化硅和導(dǎo)電白碳黑具有表面積大 透明性好 導(dǎo)熱系數(shù)小等特點(diǎn) 適用于要求具有隔熱效果的防靜電產(chǎn)品中 導(dǎo)電云母呈鱗片狀 與彩色 顏料共用可提高光澤而不影響其顏色 北京搏瑞賽導(dǎo)電粉體材料發(fā)展中 心的各種導(dǎo)電粉性能指標(biāo)列于表1 4 中 7 墾塑型三查堂型生蘭些絲蘭 一 笙二皇二 萱魚(yú) 表1 2 產(chǎn)晶性能指標(biāo) t a b l e1 2t h et e c h n i c a lp a r a m e t e ro fd i f f e r e n tp r o d u c t i o n 型號(hào) f p c e lf p c e 2 f p c e 3 組成 a t oa t o t i 0 2 a t o 云母 外觀淺監(jiān)色 近白色近白色 平均粒 i 尋 x m o 20 4 1 2 體積電阻 q o n 4 8 7 0 一l0 07 0 10 0 用于防靜電化纖 導(dǎo)電或電磁屏蔽涂料 塑料以及抗 j f j 途 靜電薄膜等領(lǐng)域 襲1 3 產(chǎn)品性能指標(biāo) t a b l ei 一3 t h et e c h n i c a lp a r a m e t e ro fd i f f e r e n tp r o d u c t i o n 組成a t o t i 0 2 外觀淺灰色 平均粒徑 n m 2 5 0 體積電阻 o 1 0 0 可調(diào) 密度 g m 3 4 5 5 襲1 4 產(chǎn)品性能指標(biāo) t a b l e1 4t h et e c h n i c a lp a r a m e t e ro fd i f f e r e n tp r o d u c t i o n 品種導(dǎo)電鐵白粉導(dǎo)電氧化硅導(dǎo)電白碳黑導(dǎo)電云母 顏色近白色灰白色灰白色灰白色 電阻率 q 1 0 0 l 0 0 1 0 0 l0 0 8 0 0 8 0 0 6 0 0 耐酸 耐堿 耐酸 耐堿 耐酸 耐堿 耐酸 耐堿 耐光 耐光 耐光 耐光 耐化學(xué)性 耐有機(jī)溶劑 耐有機(jī)溶劑 耐有機(jī)溶i f i j 耐有機(jī)溶劑 不氧化 阻燃不氧化 阻燃不氧化 阻燃不氧化 阻燃 粒子形狀球狀空心球狀球狀片狀 一次粒徑 p m 0 2 0 4 5 5 1 5 密度 g c m 3 4 4 4 82 0 2 53 0 3 3 3 2 3 6 表觀密度 g 1 0 0 c m 3 4 0 4 52 5 3 02 5 3 03 0 3 2 比表面積 m 2 g 15 3 03 0 6 03 0 6 0 3 5 4 5 8 昆刪理 一人學(xué)碳1 1 學(xué)位論文第一章緒論 吸油量 g t 0 0 9 2 0 3 0 7 0 7 0 7 0 水分 m m 1 2 2 2 水懸浮液p h 值 5 o 7 o5 0 7 o5 0 7 05 0 7 0 篩余物 m m l 3 2 5 目 1 3 2 5 目 l 3 2 5 目 6 0 0 時(shí) 我們發(fā)現(xiàn) 雖然s n 0 2 衍射峰逐漸尖銳 晶 化程度更加完整 固相反應(yīng)應(yīng)該進(jìn)行得更加完全 但導(dǎo)電粉的導(dǎo)電性能 卻在惡化 7 0 0 時(shí)導(dǎo)電粉的電阻率達(dá)到了2 9 4 2x1 0 4q a l l 9 0 0 時(shí)增 加到了8 2 5 6 1 0 6q a 1 1 說(shuō)明隨著煅燒溫度的提高 有其它反應(yīng)發(fā)生 降低了導(dǎo)電載流子濃度 使導(dǎo)電粉導(dǎo)電性髓惡化 我們推測(cè) 這種導(dǎo)電 性能的下降可能是煅燒溫度的升高使摻雜元素s b 的價(jià)態(tài)發(fā)生了變化 有 部分s b 轉(zhuǎn)變?yōu)閟 b 使導(dǎo)電載流子濃度降低 影響了導(dǎo)電性能 此推 昆i i 理t 人學(xué)預(yù) j j 學(xué)位論文 第五章結(jié)果與討論 測(cè)是否成立 有待后續(xù)研究證實(shí) 在分析溫度對(duì)二氧化鈦導(dǎo)電性能影響時(shí)我們?cè)茰y(cè) 6 0 0 c 以后導(dǎo)電 粉性能惡化可能是由于二氧化鈦的晶型轉(zhuǎn)變所致 比較7 0 0 和9 0 0 兩 個(gè)x r d 圖譜 發(fā)現(xiàn)7 0 0 時(shí)二氧化鈦的晶型只有銳鈦礦型一種 在煅燒 溫度達(dá)到9 0 0 時(shí)才出現(xiàn)金紅石型二氧化鈦 因此我們斷定6 0 0 以后導(dǎo) 電粉的導(dǎo)電性能下降非為二氧化鈦晶型轉(zhuǎn)變所造成 通過(guò)以上分析 可以得出以下結(jié)論 l 在小于6 0 0 的范圍內(nèi) 煅 燒溫度的提高有利于改善導(dǎo)電粉的導(dǎo)電性能 2 煅燒溫度高于6 0 0 時(shí) 導(dǎo)電粉的導(dǎo)電性能下降 其原因非二氧化鈦晶型轉(zhuǎn)變所致 4 8 粉體x p s 測(cè)試分析 光電子能譜 x r a yp h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y 采用高能x 光沖擊 試樣表面 x 光與試樣表面原子碰撞后電離出光電子 通過(guò)分析光電子 能量 可以確定試樣中存在的化學(xué)元素 而且 應(yīng)用化學(xué)位移理論和計(jì) 算 可以確定出元素存在的價(jià)態(tài) x p s 分析方法檢測(cè)的是物質(zhì)表面1 a m 深度內(nèi)的信息 適用于表面分析 對(duì)表4 5 中不同煅燒溫度處理的樣品0 3 0 a 15 0 0 3 0 b 3 0 0 0 3 0 d 5 0 0 0 3 0 9 9 0 0 進(jìn)行x p s 測(cè)試 分析二氧化鈦顆粒表面導(dǎo) 電層中各元素的存在狀態(tài) 各樣品的電阻率在表4 9 中給出 其中樣品 0 3 0 a 1 5 0 和0 3 0 b 3 0 0 未濺射 樣品0 3 0 d 5 0 0 和0 3 0 9 9 0 0 分別濺射兩次 表4 9x p s 測(cè)試樣品 t a b l e4 9s a m p l e so fx p s t e s t i n g 圖4 9 為樣品0 3 0 a 1 5 0 0 3 0 b 3 0 0 0 3 0 d 5 0 0 0 3 0 9 9 0 0 的全譜掃描圖 由全譜圖可以看出 二氧化鈦導(dǎo)電粉中存在s n s b t i o c 等五種元素 其中s n s b o 是構(gòu)成導(dǎo)電層的主要元素 昆蹦理t 大學(xué)頌一i 學(xué)位論文 第五章結(jié)果與討論 全譜圖中t i 的特征峰相對(duì)于s n 和s b 的特征峰極弱 說(shuō)明s n 0 2 主 要包覆在了t i 0 2 顆粒表面 裸露的t i 0 2 極少 因此 我們所采用的工藝 達(dá)到了包覆導(dǎo)電膜的目的 另外 從全譜掃描圖中每個(gè)元素的峰高可以看出 隨著煅燒溫度的 上升 樣品表面s b 和s n 的含量在逐漸降低 t i 元素的含量在提高 當(dāng) 煅燒溫度為9 0 6 x 2 時(shí) 樣品表面已經(jīng)測(cè)不到s b 的存在 但t i 的含量要高 出低溫樣品幾倍 這說(shuō)明過(guò)高的煅燒溫度造成導(dǎo)電粉顆粒表面的s b 和 s n 揮發(fā) 破壞了導(dǎo)電層的完整性 不能為導(dǎo)電載流子提供連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng) 絡(luò) 阻礙了載流子的遷移 同時(shí)導(dǎo)電層的破壞使二氧化鈦顆粒表面暴露 點(diǎn)增多 增加了粉體的自身電阻 這兩種因素使導(dǎo)電粉的導(dǎo)電性能下降 電阻率增大 此時(shí)9 0 0 樣品的電阻率為8 2 5 6 x 1 0 6 0 血l 比導(dǎo)電性能 fb n 3 0 h f3 0 0 4 6 墾塑些三叁堂塑 堂竺笙苧 苧墨蘭 塹墜 塑魚(yú) b i n d i n g 耳n r 口yi e v c 0 3 0 d 5 0 0 d 0 3 0 9 9 0 0 閏4 9x p s 全譜掃描圖 f i g 4 9t h ew h o es c a n n i n gs p e c t r ao fx p s 較好的5 0 0 樣品的電阻率38 1 4 6 0 高出5 個(gè)數(shù)量級(jí) 表4 1 0 列出了測(cè)試中出現(xiàn)的所有元素的光電子能譜峰值 由于銻的 特征峰s b 3 d 5 2 與氧的特征峰0 1s 重合 我們通過(guò)s b 3 d s 2 的伴峰s b 3 d 3 2 來(lái)計(jì)算s b 3 d 5 2 的特征峰值 s b 3 d 5 2 與s b 3 d 3 2 的特征峰值之差為一固定 值 9 3 4 e v 從表4 一1 0 中可以看出 對(duì)于s n 3 d 5 2 三個(gè)樣品顯示的結(jié)合能均與 s n 0 2 中的s n 3 d 5 2 一致 說(shuō)明在樣品表面s n 是以s n 4 十存在 對(duì)于s b 3 d 3 2 0 3 0 a 15 0 2 樣品的s b 3 d 3 2 特征峰中出現(xiàn)了兩個(gè)峰 值 5 3 9 1 9 e v 和5 4 0 0 1 e v 分別對(duì)應(yīng)s b 2 0 3 中的s b 3 d 3 2 5 3 9 3 4 e v 和s b 2 0 5 墾塑些三查堂型 蘭垡絲蘭 笙至蘭絲墨蘭墮堡 表4 10 x p s 測(cè)試中出現(xiàn)的特征峰 t a b l e4 1 0t h ee s c ap e a k so fd i f f e r e n ts a m p l e si nx p st e s t i n g 元素特征峰 s n 3 d 5 2 s b 3 d 5 2 s b 3 d 3 2t i 2 p s n o 4 8 6 0s b 2 03 5 3 0 0 s b 2 03 5 3 9 3 4 t i o 2 4 5 87 群崩 s n o 2 4 8 6 7s b 2 05 5 3 0 8s b 2 05 5 4 01 4 5 2 9 8 55 3 9 19 0 3 0 a i5 0 未濺射 4 3 6 8 94 5 8 6 8 5 3 0 6 75 4 0 0 1 0 3 0 b 3 0 0 未濺射 4 8 7 0 85 3 0 9 95 4 0 3 34 5 8 9 6 來(lái)濺射 4 8 7 0 45 3 日 9 85 4 0 3 24 5 8 9 0 0 3 0 d 5 0 0 濺射5 m i n 4 8 6 8 l5 3 0 6 75 4 0 0 14 5 8 8 6 朱濺射 4 8 6 3 95 3 0 5 95 3 9 9 3 4 5 8 7 2 0 3 0 9 9 0 0 濺射5 m i n 4 8 6 4 35 3 9 5 95 3 9 9 34 5 8 7 6 注 表中數(shù)值單位為e v 中的s b 3 d 3 25 4 0 1 4 e v 這說(shuō)明此樣品表面s b 以s b 和s b 5 十兩種形態(tài)存 在 因此 我們將0 3 0 a 1 5 0 樣品的s b 3 d 3 2 特征峰擬合成對(duì)應(yīng)于 5 3 9 1 9 e v 和5 4 0 0 1 e v 的兩個(gè)特征峰 如圖4 一1 0 所示 得出s b 3 和s b 5 的摩爾比約為3 1 可見(jiàn)15 0 下處理的樣品已有s b 5 存在 但是含量 要比s b 低得多 需要指出的是s b 3 含量低并不是0 3 0 a 15 0 樣品導(dǎo) 電性能差的主要原因 其主要原因是在該煅燒溫度下導(dǎo)電層中s n 0 2 的晶 化程度極低 即使有s b 存在 也不能使大量的s b 5 進(jìn)入s n 0 2 晶格形 幽4 1 0 0 3 0 a 5 0 樣品中s b 3 d 的擬合蝰 f i g 4 一1 0t h er e s o l v e dp e a k so fs b 3 d 3 2i ns a m o l e0 3 0 a 1 5 0 1 2 4 8 co掣 墾型些三查堂堡 蘭些墮莖 箜至墾墮墨圭i 塑堡 成取代缺陷來(lái)提供導(dǎo)電載流子 因此0 3 0 a 1 5 0 c 樣品的電阻率高達(dá) 72 2 1 1 0 4q a n 0 3 0 b 3 0 0 的s b 3 d 3 2 特征峰值為5 4 0 3 3 e v 如圖4 1 1 對(duì)應(yīng) 于s b 2 05 中的s b 5 說(shuō)明此溫度下?lián)诫s元素s b 以基本上全部轉(zhuǎn)化成s b 但同樣是因?yàn)閟 n 0 2 的晶化程度較低 使得樣品0 3 0 b 3 0 0 的電 阻率只有3 5 0 6 10 3q c m 圈4 一1 10 3 0 b 3 0 0 樣品中s b 3 d 的光電子能譜峰 f i 2 4 i1 t h es b 3 d 3 2e s c ap e a k so fs a m p l e0 3 0 b 3 0 0 0 3 0 d 5 0 0 在濺射前樣品表面的s b 3 d 3 2 特征峰值為5 4 0 3 2 e v 如 圖4 1 2 對(duì)應(yīng)于s b 2 05 中的s b 濺射5 分鐘后 能譜顯示的是導(dǎo)電 圖4 1 2 樣品0 3 0 d 5 0 0 未濺射時(shí)s b 3 d 3 2 的光電子能譜峰 f i g 4 12t h es b 3 d3 2e s c ap e a k so fs a m p l e0 3 0 d 5 0 0 w i t hn os p u t t e r i n g 4 9 墾塑型王查蘭堡 蘭篁絲塞 苧墨童上塹墜 魚(yú) 層內(nèi)層原予的信息 此時(shí)s b 3 d 3 2 的特征峰值為5 4 0 0 1 e v 如圖4 1 3 s b 仍以s b5 狀態(tài)存在 這說(shuō)明在5 0 0 2 的熱處理溫度下 摻雜元素s b 能夠全部出s b 3 轉(zhuǎn)化為s b 再?gòu)拇藰悠返膞 r d 中的衍射峰來(lái)看 導(dǎo) 電層中的s n 0 2 晶化程度較好 此時(shí)樣品的電阻率只有3 8 1 4 6 q 鋤 這 說(shuō)明在5 0 0 的煅燒溫度下 不僅摻雜元素s b 能夠全部由s b 轉(zhuǎn)化為 s b 而且導(dǎo)電層中s n 0 2 的晶化程度也比較好 摻雜元素的固溶反應(yīng)進(jìn) 行得比較充分 所以 s b 5 十能夠進(jìn)入s n 0 2 晶格并取代s n 0 2 晶格中的s n 4 形成施主雜質(zhì)提供大量導(dǎo)電自由電子 另外由于s n 0 2 晶化程度的提 高 對(duì)導(dǎo)電載流子的散射較小 導(dǎo)電載流子的遷移不會(huì)受到很大影響 因此導(dǎo)電性能較好 圖4 1 3 樣品0 3 0 d 5 0 0 濺射j 分鐘時(shí)s b 3 d 3 2 的光電子能譜峰 f i g 4 1 4t h es b 3 d 3 2e s c ap e a k so fs a m p l e0 3 0 d 5 0 0 w i t hs p u t t e r i n g5m i n u t e s 0 3 0 9 9 0 0 樣品在濺射前與濺射5 分鐘后測(cè)得的s b 3 d 3 2 特征峰 值均為5 3 9 9 3 e v 如圖4 一1 4 4 一1 5 與s b 2 0 5 中的s b 3 d 3 2 特征峰值 相比要低 有接近s b 2 0 3 中的s b 3 d 3 2 特征峰值的趨勢(shì) 說(shuō)明在9 0 0 煅 燒溫度下已有部分s b 5 轉(zhuǎn)化為s b 正如我們?cè)诘?章中所闡述的 此 時(shí)s b 為受主雜質(zhì) 會(huì)補(bǔ)償?shù)魋 b 5 提供的施主電子 降低了導(dǎo)電自由電 子的濃度 導(dǎo)電粉導(dǎo)電性能下降 雖然在煅燒溫度為9 0 0 時(shí)s n 0 2 的晶化程度更為完善 固相反應(yīng)應(yīng) 該進(jìn)行得更完全 但由于此溫度下有部分s b 5 轉(zhuǎn)化為s b 同時(shí)其表面 導(dǎo)電層由于高溫下s n s b 的揮發(fā)導(dǎo)致導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不連續(xù) 因此0 3 0 9 9 0 0 昆 9 j 理t 人學(xué)頓f 學(xué)位論文第五章結(jié)果與討論 樣品的電阻率高達(dá)8 2 5 6 1 0 6q e r a 我們沒(méi)有對(duì)0 3 0 e 6 0 0 和 0 3 0 f 7 0 0 樣品進(jìn)行x p s 測(cè)試分析 但從上述對(duì)0 3 0 9 9 0 0 的分 析結(jié)果中可以推斷 s b 5 向s b 3 的轉(zhuǎn)變是導(dǎo)致6 0 0 和7 0 0 溫度下煅燒 的粉體導(dǎo)電性能下降的關(guān)鍵原因 圈4 1 4 樣品0 3 0 9 9 0 0 未濺射時(shí)s b 3 d 3 2 的光電子能譜峰 f i g 4 i 4t h es b 3 d 3 2e s c a p e a k so fs a m p l e0 3 0 9 9 0 0 w i t hn os p u t t e r i n g 圈4 15 樣晶0 3 0 9 9 0 0 濺射5 分鐘時(shí)s b 3 d 3 2 的光電子能譜峰 f i g 4 15t h es b 3 d 3 2e s c ap e a k so fs a m p l e0 3 0 9 9 0 0 w i t hs p u t t e r i n g5m i n u t e s 對(duì)于t i 2 p 3 2 四個(gè)樣品中所有測(cè)得的特征峰值均對(duì)應(yīng)于t i 0 2 中 t i 2 p 3 2 的特征峰值4 5 8 7 e v 說(shuō)明t i 0 2 作為導(dǎo)電粉的基體在煅燒溫度升 5 1 墾墮型王叁蘭堡土堂垡墮蘭 羔里型生塑墨 墮墮 高的過(guò)程中物質(zhì)形態(tài)沒(méi)有發(fā)生變化a 4 9 導(dǎo)電粉電學(xué)性能綜合分析 通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)分析 我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電膜厚度 s n 0 2 的晶化程度 摻雜 元素s b 的含量和價(jià)態(tài)以及煅燒溫度等因素共同影響二氧化鈦導(dǎo)電粉的電 學(xué)性能 能譜和x p s 測(cè)試顯示 采用濕化學(xué)法可以成功的將s n 0 2 包覆在二氧 化鈦顆粒表面形成導(dǎo)電層 s n 0 2 t i 0 2 比例決定了導(dǎo)電層的包覆情況 在 s n 0 2 t i 0 2 比例低于0 2 5 時(shí) 在二氧化鈦顆粒表面不能形成連續(xù)的導(dǎo)電 膜 測(cè)試結(jié)果顯示粉體電阻率較高 當(dāng)s n 0 2 t i 0 2 比例達(dá)到o 2 5 時(shí) 基 本形成均勻 連續(xù)的導(dǎo)電膜 繼續(xù)增加s n 0 2 t i 0 2 比例導(dǎo)電膜變厚 此時(shí) 電阻率的變化幅度不大 摻雜元素s b 能有效的以品格取代的形式固溶到s n 0 2 晶格中 但s b 的摻雜量存在一臨界值 本實(shí)驗(yàn)中 s b s n 比0 15 為s b 摻雜濃度達(dá)到臨 界值 低于此值時(shí) 隨著 s b s n 比的增加導(dǎo)電粉的導(dǎo)電性能顯著提高 超過(guò)此比例后 多余的摻雜元素s b 不再參與導(dǎo)電機(jī)制 粉體的電阻率變 化趨于平緩 煅燒溫度是影響導(dǎo)電粉導(dǎo)電性能的關(guān)鍵因素 它主要對(duì)s n 0 2 的晶化 程度和摻雜元素s b 的價(jià)態(tài)產(chǎn)生影響 結(jié)合x(chóng) r d x p s 以及煅燒溫度對(duì) 粉體導(dǎo)電性能影響實(shí)驗(yàn)可以看出 在緞燒溫度位于15 0 5 0 0 區(qū)間 x r d 顯示s n 0 2 的晶化從3 0 0 開(kāi)始變得明顯 到5 0 0 時(shí)已十分明顯 x p s 測(cè)試表明在此范圍內(nèi) 隨著煅燒溫度的提高 摻雜元素s b 逐漸由s b 3 轉(zhuǎn)變?yōu)閟 b 到5 0 0 已基本全部轉(zhuǎn)變?yōu)閟 b 因此測(cè)試結(jié)果表明在此 溫度范圍內(nèi) 隨著煅燒溫度的上升導(dǎo)電粉的導(dǎo)電性能顯著提