陈永佳

(陕西国防工业职业技术学院，西安 710300)

1 引言

ZnO压敏电阻可用于过电压保护器、浪涌吸收器、避雷器等电力电子器件，是保护电力电子系统正常运行的重要元器件[1]。避雷器在电力电子系统及其设备中的应用最为广泛，其中以ZnO基避雷器使用较多[2]。ZnO基避雷器是以ZnO压敏电阻为核心单元并经过串并联等方式组成的，分为低压避雷器和高压避雷器两种类型。低压避雷器主要用于对各种电子系统进行保护，高压避雷器则用于保护高压的电力系统，具有响应速度快、体积小、使用方便等特点。

影响ZnO基避雷器响应速度的因素诸多，从根本上分析，主要是由ZnO压敏电阻的微观结构决定的[3]。粒子掺杂是改善微观结构性能的重要方式，除了压敏电阻的烧结工艺，粒子的电负性和半径也从根本上影响着压敏电阻的微观结构[4-5]。电负性决定了晶界对电子吸附能力的强弱，极大程度地影响着ZnO压敏电阻的微观结构和电学性能。本研究通过分析前期实验和同领域的相关数据，研究了掺杂粒子电负性对ZnO基避雷器产品响应速度的影响。

2 理论

图1是ZnO晶格结构模型及其晶格中的电子云分布模型。铬离子Cr3+和铋离子Bi3+等掺入ZnO晶格会改变晶格的电子云结构，进而影响电子向晶界的迁移运动，导致晶界势垒的改变。电负性表示原子吸附电子的能力，电负性越大，原子对电子的束缚能力越强。ZnO压敏电阻的非线性能力主要由晶界势垒决定，晶界对电子的吸附能力越强，则晶界势垒越高，非线性特性越好。……