ارزيابي اثر افزودني اكسيد تاليوم بر ريزساختار و خواص الكتريكي وريستورهاي اكسيد قلع‌ در كاربرد ولتاژ بالا

The study of Tl2O3 addition on microstructure and electrical properties of high-voltage SnO2 varistors

در اين تحقيق به بررسي اثر افزودن اكسيد تاليوم در درصد‌هاي مولي0 ، 1/0 ،25/0 ، 5/0 و 1 بر ريزساختار و خواص الكتريكي وريستورهاي بر پايه اكسيد قلع در كاربرد ولتاژ بالا پرداخته شده است. نتايج الگوي پراش اشعه ايكس (XRD) و تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) نشان مي‌دهد كه علاوه بر فاز اكسيد قلع، فاز ثانويه‌اي اكسيد تاليوم در نمونه‌هاي حاوي اكسيد تاليوم با درصد مولي بيشتر از 25/0 وجود دارد. با افزودن اكسيد تاليوم به وريستور اكسيد قلع اندازه متوسط دانه از µm 4 در نمونه بدون افزودني اكسيد تاليوم تا µm 3/2 در نمونه حاوي 1 درصد مولي كاهش مي‌يابد كه مي تواند ناشي از اثر فاز ثانويه بر كاهش رشد دانه بر اساس سازكار و كار زنر باشد. بهترين خواص الكتريكي غيراهمي در نمونه دوپ شده با 5/0 درصد اكسيد تاليوم با جريان نشتي µA/cm2 95 و ضريب غيرخطي (1/15) مشاهده شده است. علاوه براين، ميدان الكتريكي شكست در اين نمونه در حدود V/mm 532 است. افزودن مقدار بيشتر اكسيد تاليوم تاثير چنداني بر ضريب غيرخطي ندارد اما سبب افزايش ولتاژ شكست بدليل كاهش اندازه دانه مي‌شود.

In this research, the effects of various molar amounts of Tl2O3 addition (x= 0, 0.1, 0.25, 0.5, and 1.0) on microstructure and electrical properties of high-voltage SnO2 varistors were investigated. According to XRD and FE-SEM results, the presence of Tl2O3 was detected as secondary phase in samples which their x values are higher than 0.25. By Tl2O3 addition from 0 to 1%, the grain size decreased from 4 µm to 2.3 µm which it is resulted from a grain growth suppression induced by secondary phase based on Zener mechanism. The best non-Ohmic properties with the nonlinear coefficient of 15.1 and the leakage current density of 95 µA/cm2 were observed in samples doped with 0.5% Tl2O3. Furthermore, the breakdown electric field of this sample was 532 V/mm. Further addition of Tl2O3 had no considerable effect on nonlinearity of samples, but it increased the breakdown electric field of samples through the reduction in grain size.