Purpose. Evaluation influence structural state polymer phase on the response voltage and coefficient nonlinearity of a multilayer varistor based on zinc oxide. Methodology. Zinc oxide consisted of 97% zinc oxide and 3% total oxides of Bi2O3, Co3O4, MnO2, B2O3, SbO3, ZrO2, Al2O3. At a temperature of 1573°K, the synthesis of semiconductor ceramics based on Zinc oxide was carried out. For composite of thermoplastic polymers and Zinc oxide, non-polar and polar polymers, high pressure polyethylene and polyvinylidene fluoride were used. The composites were obtained by hot pressing at the melting temperature of the polymer phase and a pressure of 15 MPa. After that, using silver paste, measuring electrodes 10 mm in diameter were applied to the surface of the synthesized samples, and then current–voltage characteristics were measured. Modification of composites under action of gas-discharge plasma was carried out in a special cell that creates a dielectric-gas-composite system. The structure of the composites was studied by X-ray diffraction analysis and IR spectroscopy. Findings. The obtained experimental results show that the size of the particles of the inorganic phase significantly affects the current-voltage characteristics of the composite varistor: at a given thickness of the composite varistor, the operation voltage decreases markedly, and the nonlinearity coefficient increases. Numerous experimental results obtained by us show that the impact of electric discharge plasma on the polymer Zinc oxide-composite leads to a significant change in the permittivity and the concentration of local levels at the interface of the composite. The results research showed that  effect electrical plasma on the opening voltage depends on the polarity of polymer matrices. Moreover, plasma processing itself significantly changes the structure of the polymer phase at composite. Originality. The magnitude of the potential barrier at phase boundary is mainly determined by the volume fraction and size of the main structural element of ZnO ceramics. Changing the structural state of the polymer matrix allows the adjust response voltage and coefficient nonlinearity of volt-ampere characteristic of the multilayer varistor. Practical value. The discovered development of electron-ion processes at polymer phase of the varistor indicates the need to take into account change in its service characteristics from the duration and intensity of use. The result obtained has a certain practical significance, since it indicates not only the reason for the change in properties, but also the need to develop measures to increase the service life of the varistor.

    Мета. У роботі передбачено оцінити вплив структурного стану полімерної фази на напругу відбиття та коефіцієнт нелінійності багатошарового варистора на основі оксиду цинку. Методика. Оксид цинку складався з 97 % оксиду цинку і 3 % з оксидів Bi2O3, Co3O4, MnO2, B2O3, SbO3, ZrO2, Al2O3. За температури 1 573 °С здійснено синтез напівпровідникової кераміки на основі оксиду цинку. Для отримання композиту з термопластичних полімерів та оксиду цинку використовували неполярні та полярні полімери, поліетилен високого тиску та полівініліденфторид. Композити отримували гарячим пресуванням за температури плавлення полімерної фази й тиску 15 МПа. Після цього, за допомогою срібної пасти на поверхню синтезованих зразків наносили вимірювальні електроди діаметром 10 мм, а потім вимірювали вольт-амперні характеристики. Модифікування композитів під дією газорозрядної плазми проводили в спеціальній комірці, яка створює систему діелектрик – газ – композит. Структуру композитів досліджували методами рентгенівського фазового аналізу та ІЧ-спектроскопії. Результати. Отримані експериментальні результати показують, що розмір частинок неорганічної фази суттєво впливає на вольт-амперні характеристики композитного варистора: за заданої товщини композитного варистора помітно зменшується робоча напруга, а коефіцієнт нелінійності зростає. Вплив плазми електричного розряду на полімерний композит оксид цинку призводить до суттєвої зміни діелектричної проникності та концентрації локальних рівнів на межі поділу композиту. Результати досліджень свідчать, що вплив електричної плазми на напругу відбиття залежить від полярності полімерних матриць. Крім того, сама плазмова обробка суттєво змінює структуру полімерної фази в композиті. Наукова новизна. Величину потенційного бар’єру на межі поділу фаз в основному визначають об’ємною часткою і розмірами основного структурного елемента кераміки ZnO. Зміна структурного стану полімерної матриці дозволяє регулювати напругу відбиття та коефіцієнт нелінійності вольт-амперної характеристики багатошарового варистора. Практична значимість. Виявлений розвиток електронно-іонних процесів у полімерній фазі варистора свідчить про необхідність урахування зміни його службових характеристик від тривалості та інтенсивності використання. Отриманий результат вказує не тільки на причину зміни властивостей, але й на необхідність розробки заходів для збільшення терміну служби варистора.


    Access

    Download


    Export, share and cite



    Title :

    Factors Influence on Electrophysical Parameters of the Composite Varistors.
    Фактори впливу на електрофізичні параметри композитних варисторів




    Publication date :

    2023-03-14


    Remarks:

    Science and Transport Progress ; No. 1(101) (2023); 29-36



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Electronic Resource


    Language :

    English




    Factors Influence on Electrophysical Parameters of the Composite Varistors

    Sh. M. Ahadzade / I. A. Vakulenko / Kh. Asgarov | DOAJ | 2023

    Free access