УДК 537.311.322

Кинетика адсорбции молекул воды на поверхности сенсоров варисторного типа на основе диоксида олова

И. А. Скуратовский

Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара, *****@***com

Сенсоры влажности варисторного типа [1, 2] совмещают в себе два, на первый взгляд, противоречивых свойства: высокую чувствительность к относительной влажности воздуха и высокую нелинейность вольт-амперной характеристики (ВАХ). Противоречивость данных свойств обусловлена широким применением при изготовлении варисторов добавок, обеспечивающих жидкофазное спекание керамики, и, как следствие, – формирование достаточно высоких (~0,5-1 эВ) потенциальных барьеров на границах зерен (ГЗ). Такая добавка может приводить к покрытию поверхности зерен стеклообразной фазой и ухудшению адсорбционного отклика электрофизических параметров.

Исследованная в работе керамика системы SnO2-Bi2O3-Co3O4-Nb2O5-Cr2O3 обладает ярко выраженным варисторным эффектом в области сильных электрических полей (коэффициент нелинейности β=ΔlgI/ΔlgU=40-50). Также проявляется достаточно высокая чувствительность электрической проводимости к относительной влажности окружающего воздуха (коэффициент влагочувствительности S, представляющий собой отношение токов, протекающих в образце при относительной влажности 93 % и 10 % при фиксированном напряжении, около 104-105) в слабых электрических полях (линейная и слабонелинейная области ВАХ).

Исследования кинетики влагочувствительности материалов с разным содержанием оксида висмута показали, что максимальная чувствительность наблюдается для материалов с наибольшей нелинейностью ВАХ (и содержанием добавки Bi2O3 - 0,5 мол.%).

Модель электропроводности, ранее предложенная в [3] и основанная на управлении высотой потенциальных барьеров на ГЗ при диссоциативной адсорбции молекул воды, дополнена для учета наблюдаемых эффектов.

Выводы

1. Исследована кинетика адсорбции молекул воды на поверхности варисторно-сенсорной керамики на основе диоксида олова с разным содержанием добавки оксида висмута.

2. В рамках представлений об электропроводности поликристаллической системы с высокими потенциальными барьерами на границах зерен обсуждается механизм, объясняющий особенности кинетических характеристик.

ЛИТЕРАТУРА

1. Skuratovsky, I. The effect of humidity on the voltage–current characteristic of SnO2 based ceramic varistor [Text] / I. Skuratovsky, A. Glot, E. Di Bartolomeo [et al.] // Journal of the European Ceramic SocietyVol. 24. - p. .

2. Skuratovsky I. Modelling of the humidity effect on the barrier height in SnO2 varistor [Text] / I. Skuratovsky, A. Glot, E. Traversa // Materials Science and Engineering BVol. 128. - P. 130-137.

3. Скуратовский, варисторной керамики на основе SnO2 во влажной воздушной среде [Текст] / , // Вестник ДНУV. 13, - с. 62-66.