氧化锌是锌的氧化物，是一种难溶于水、可溶于酸和强碱的白色固体，研究证明它是一种新型的技术材料，常被作为添加剂使用在多种材料和产品中，同时它还是少数几种具有量子尺寸效应的半导体氧化物材料。

氧化锌晶体结构图及其结晶体显微图像

不过真正要发挥氧化锌材料的优势，首先要将其粉体的尺寸减小至纳米级别，此时由于表面原子数与粒子总原子数的比值快速增大，会引起一连串物理化学性质变化的现象，导致氧化锌能够产生其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应等，从而具有优良的光活性、电活性、烧结活性和催化活性。这一新的物质状态，赋予了氧化锌这一古老产品在众多领域表现出巨大的应用前景，比如说压敏陶瓷就是其一。

什么是压敏陶瓷？

在了解压敏陶瓷前，首先我们要先了解压敏电阻。压敏电阻是其自身电阻随外加电压增加呈典型非线性变化的电阻：当外加电压小于其转换电压（即所谓压敏电压）时，其电阻极大；当外加电压超过转换电压时，其内电阻会在极短的时间内变小，使其自身接近于导通状态。在外场作用下，压敏电阻的上述非线性电学特性可由非线性系数由α来表示。α可根据下式计算:

因此若将这样的电阻以并联方式与被保护电路相连接时，一旦电路中出现电压过载，即电路中出现的浪涌电压大于压敏电压时，压敏电阻就可以将过载迅速旁路，从而避免过载对电路的损害。因此，压敏电阻已经广泛应用于各类家用电器、输变电线路、汽车、避雷器（如下图）等领域，防止各类电压过载的损害，在保护电力设备安全、保障电子仪器正常稳定工作方面起着重要作用，是人类现代社会生活必不可少的安全保障。

避雷器是变电站被保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备，会装在需限制过电压的地方，例如：变压器高低压侧、线路进出线侧、母线、电缆端头、发电机出口、架空线路等地方

而压敏陶瓷就是绝大多数压敏电阻主体。理论上，通过烧银等工艺将压敏陶瓷两对称端面作导电化处理以形成端电极，就可以将其制成压敏电阻。实际上，除了上面的处理工序外，商用压敏电阻还需在端电极上焊接导电金属引线。最后，将除引线以外的整体压敏电阻主体封装在防水材料之中。

若过电压引起的浪涌能量太大，超过了选的压敏电阻器极限的承受能力，则压敏电阻器在抑制过电压时将会发生电阻烧坏的现象

氧化锌在压敏陶瓷中的地位

压敏陶瓷主要由金属氧化物制成，目前已开发成产品并大量应用的氧化物压敏陶瓷材料有两类：一类是氧化锌压敏陶瓷材料，其主晶相为氧化锌；另一类是钛酸锶压敏陶瓷材料，其主晶相为纯钛酸锶或部分位和或位置换改性的钛酸锶。除了这两种外，研究报道较多但至今未获得工程应用的氧化物压敏陶瓷材料还有：氧化钛压敏陶瓷、氧化锡压敏陶瓷、氧化钨陶瓷、钛酸铜钙陶瓷等。

其中，研究最深入、应用范围最广的压敏陶瓷是氧化锌基压敏陶瓷，是以氧化锌为主要原料（大于原料重量比的90%），在此基础上添加少量的氧化铋、氧化锑、氧化镨、氧化锰、氧化钴、氧化铌及其它稀土氧化物中的一种或几种制成。由于氧化锌压敏陶瓷具有非线性系数高、浪涌吸收能力强、性能稳定、制造工艺简便等许多突出的优点，现已广泛应用于电力、交通、通讯、仪表、家电等各个行业作为浪涌吸收、过电压抑制和稳电压等器件。

金属氧化物避雷器的核心就是氧化锌阀片

从左到右：瓷套型、复合型，GIS型

避雷器用氧化锌压敏电阻

据文献报道，Valeev K.S.等人在1957年时就首先报道 ZnO-TiO₂氧化物陶瓷的电流电压非线性特性，随后在 1961年，Kosman M.S.等人报道了ZnO-Bi₂O₃氧化物压敏陶瓷，不过这些文献报道没有引起足够重视。直到1969-1970年，日本人Matsuoka报道了ZnO-Bi₂O₃-Sb₂O₃-CoO-MnO-Cr₂O₃五元杂质添加的ZnO-Bi₂O₃系氧化物压敏陶瓷材料，其非线性系数α值达到50，这项重大、突破性的研究结果很快在电力输配电线路上获得应用。

而直到今日，工业上实际应用的氧化锌压敏陶瓷材料都是基于Matsuoka报道的成分，只是为了提高或改变某些参数而引入了其他添加成分，不过具体的配方都会被厂商视为最高机密。另外也可以通过改进制备工艺条件获得综合性能更高的氧化锌压敏陶瓷材料，以适应各种应用场合的需求，这部分内容我们将留到下一篇文章继续整理，感兴趣的话就可以关注一下！

资料来源：

纳米氧化锌的制备、掺杂及其光催化性能研究，韩帅。

氧化物压敏陶瓷晶界特性与宏观电性能的关系，卢振亚。

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