掺杂ZnO导电粉体的制备及性能研究

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掺杂ZnO导电粉因其具有较高的电导率,白度高,环保无毒等优点,已经成为国内外研究的热点。主要用于抗静电领域,市场需求量与日俱增,具有很高的研究和应用价值。本论文主要研究掺杂ZnO导电粉体的制备工艺和导电机理,采用均相沉淀法,以硝酸盐和尿素为主要原料,制备掺杂氧化锌导电粉体;测试粉体导电性能,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X光电子能谱(XPS)等检测手段对导电粉体进行表征。研究了掺杂含量、煅烧温度、煅烧气氛等工艺参数对单掺杂粉体导电性能和其他性能的影响。最佳工艺参数为:Al掺杂量为1.5%,500℃在氢气气氛下煅烧;电阻率为1.05×105Ω·cm,平均粒径为8.6μm;Ga掺杂量为1.5%,500℃在氢气气氛下煅烧,电阻率为3.142×104Ω·cm,平均粒径为2.638μm。研究结果表明,由于Al、Ga的掺杂,使氧化锌导电电子的数量增加。掺杂离子对锌离子的替代,使得离子键束缚价电子的能力下降,价电子被激活为自由电子的数量增多,使得导带底存在大量的过剩电子,使晶体内部的载流子浓度增加,此外,掺杂形成了氧空位。随着掺杂含量的增加,进入导带的自由电子随之增多,载流子密度增大,粉体电阻率下降。利用用正交实验研究了Al、Ga共掺杂比例,水浴反应温度,水浴反应时间,煅烧温度对共掺杂氧化锌粉末的导电性能和晶体结构的影响。反应温度和煅烧温度为显著性因素;XPS分析证明有Al2p和Ga3d峰的存在,粉体的电阻率为3.3×104Ω·cm。实验制备出了高导电的Al、Ga共掺杂氧化锌粉体,并且导电性能优于国外同类产品。
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