稀土元素掺杂AgSnO2触头材料的计算与研究

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绿色无毒、性能优越的AgSnO2触头材料最有潜力替代有毒的AgCdO触头材料。Ag的导电性和SnO2的热稳定性,造就了AgSnO2触头材料优越的耐电弧侵蚀性、耐磨损性和耐熔焊性。但是,AgSnO2触头材料中的第二相SnO2是一种宽禁带半导体,近乎绝缘,在电弧的不断作用下,分解温度高且不导电的SnO2容易在触头表面富集,使触头的接触电阻增大,影响电寿命。所以,基于半导体掺杂改性原理,寻找合适的元素对SnO2进行掺杂,以改善AgSnO2触头材料的电性能,这一研究方向具有重大实用意义。由于传统的掺杂试验是根据经验不断“试错”的方式进行成分选择与工艺探究,存在浪费人力、物力、财力的缺点,所以,先从微观机理上研究掺杂元素对SnO2导电性的影响,再通过试验进行验证与补充,选用一种理论指导试验、理论结合试验的研究思路,这在触头材料的研究方面具有导向性、开创性等深层意义。本文选用CASTEP软件对稀土元素(La、Ce、Nd、Sm、Gd)掺杂的SnO2进行第一性原理计算,通过对比本征SnO2和掺杂SnO2的能带结构和态密度,从理论上分析稀土元素掺杂对SnO2导电性的影响。在理论分析结果的指导下再进行试验,先通过溶胶-凝胶法制备本征SnO2及掺杂SnO2粉末,通过XRD试验验证粉末的结构与理论计算模型的一致性。然后通过粉末冶金法制备未掺杂的AgSnO2及掺杂的AgSnO2触头材料,通过物理性能测定及电接触试验,从试验表征方面验证及补充稀土元素掺杂对AgSnO2触头材料的影响。
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