Características microestructurales de varistores del sistema ZnO-BaO-P₂O₅

Abstract

Los materiales basados en el sistema ZnO-BaO presentan unas propiedades de gran interŽs para su aplicaci-n como varistores. Sin embargo, la fase rica en BaO localizada en el borde de grano exhibe una solubilidad elevada en agua que origina una r ‡pida degradaci-n del material. Para soslayar este problema se ha estudiado la incorporaci-n adicional de P 2 O 5 con el objeto de formar las fases BaZn 2 (PO 4 ) 2 y Zn 3 (PO 4 ) 2 . La estabilidad de estos nuevos materiales frente a la humedad se ha evaluado mediante ensayos de lixiviaci-n. La sinterizaci-n se ha seguido mediante dilatometr'a y la microestructura de los materiales sinterizados se ha analizado por Microscop'a Electr-nica de Barrido, MEB. La respuesta elŽctrica de los materiales muestra un comportamiento varistor comparable al que se observa en los del sistema binario ZnO-BaO. Ceramic materials based on the system ZnO-BaO show a great potential for varistor applications. However, the BaO rich phase located at the grain boundaries shows high solubility in water which causes severe damage of the materials. In order to overcome this problem, doping with P 2 O 5 to form BaZn 2 (PO 4 ) 2 and Zn 3 (PO 4 ) 2 has been studied. The resistance of these materials to degradation by moisture has been evaluated by lixiviation experiments. Sintering has been followed by means of dilatometric technique and microstructure was analysed by Scanning Electron Microscopy, SEM. The electrical properties of these materials evidence a varistor behaviour similar to that observed for materials in the system ZnO-BaO.Keywords: Varistors, ZnO, Chemical stability. INTRODUCCIîNLos materiales cer ‡micos basados en ZnO que contienen peque-as cantidades de diferentes -xidos dopantes, presentan un comportamiento no lineal de su curva caracter'stica intensidad-voltaje. Este comportamiento les permite actuar como limitadores de se-al, de manera similar a como actoea un diodo Zener. Frente a estos oeltimos presentan la ventaja de que son capaces de absorber pulsos transitorios de alta energ'a, por lo que son ampliamente utilizados en la fabricaci-n de componentes varistores. Las composiciones comerciales que se utilizan para este fin estan basadas fundamentalmente en los sistemas ZnO-Bi 2 O 3 y ZnO-Pr 6 O 11 , si bien la utilizaci-n de Pr 6 O 11 est ‡ mucho m ‡s limitada que la de Bi 2 O 3 (1).El origen de la respuesta I-V no lineal en materiales basados en ZnO est ‡ relacionada con sus caracter'sticas microestructurales. B ‡sicamente, la microestructura puede considerarse como una estructura bif ‡sica formada por granos de ZnO semiconductores rodeados de bordes de grano aislantes. Esta configuraci-n da lugar a la formaci-n de potenciales barrera en borde de grano (modelo de Doble Barrera Schottky) que gobiernan la respuesta I-V del material (2). La diferenciaci-n de la regi-n de borde de grano se consigue mediante la introducci-n de un cati-n dopante que presenta muy baja solubilidad s-lida en ZnO, y que por lo tanto, se concentra en el borde grano. El efecto varistor en ZnO dopado con -xido...

The Effect of Doping on the Electrical and Dielectric Properties of Hydroxyapatite for Medical Applications: From Powders to Thin Films

“…It should be emphasized that BaTiO 3 has been extensively researched due to its uncomplicated crystalline structure, mechanical and chemical stability, excellent ferroelectric properties, and high dielectric constant [63,64] (i.e., ~6000, for a fine grain size of <1 µm, and 1500-2000, for a coarse grain size of >1 µm). Notably, it possesses a Curie temperature ranging from 120 to 130 • C, which represents a factor of significant importance for its ferroelectric characteristics [65].…”

Varistores cerámicos basados en óxido de cinc

“…Entre tales óxidos se encuentran el de praseodimio y otras tierras raras, el de bario, e incluso los de cationes pequeños como el vanadio (32)(33)(34)(35)(36), aunque éste último no entra en la red del ZnO no por su tamaño sino porque forma fases secundarias activas en la interfase de los granos de ZnO. Pero sin duda el que mejor contribuye a la formación del comportamiento varistor ("varistor forming dopant") es mitad de las tetraédricas desocupadas, que va a facilitar tanto la incorporación de dopantes externos a la red como la difusión de sus propios defectos intrínsecos.…”