8月6日，在由上海有色网信息科技股份有限公司（SMM）主办的2026 SMM锌业大会-锌盐氧化锌及锌二次资源发展论坛上，上海大学副教授 任鑫围绕“ZnO压敏电阻的技术发展与市场前瞻”的话题展开分享。
一. ZnO压敏电阻的应用简介
ZnO压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收过电压能量的敏感保护器件。应用范围包括电源系统、浪涌抑制器、安防系统、电动机保护、汽车电子系统、家用电器。
根据使用目的的不同，可将压敏电阻区分为两大类：①保护用压敏电阻，②电路功能用压敏电阻。
二. ZnO压敏电阻的原理及结构
压敏电阻是一种伏安特性呈非线性的敏感元件，在正常电压条件下，相当于一只小电容器，而当电路出现过电压时，它的内阻急剧下降并迅速导通，其工作电流增加几个数量级，从而有效地保护了电路中的其它元器件不致过压而损坏。
它的内部微观结构包括氧化锌晶粒以及晶粒周围的晶界层。因为氧化锌是Ⅱ-Ⅳ族的极性化合物，所以它具有N型半导体的特性， 因而， 以ZnO为主体制造阀片是极合适的。氧化锌晶粒的电阻率很低，而晶界层的电阻率却很高，相接触的两个晶粒之间形成了一个相当于齐纳二极管的势垒，这就是一压敏电阻单元。
三. ZnO压敏电阻生产工艺简介
粉体是构成陶瓷的原始材料，是生产优质陶瓷的先决条件. 以氧化锌为基的压敏陶瓷中氧化锌的含量高达90% ，因此，氧化锌粉末的粒度、形貌等对后来制得的压敏陶瓷体的压敏特性影响很大. 采用不同的方法制备的氧化锌粉末的粒度、形貌等不可能是一样的。压敏电阻作为过电压保护器的核心部件， 其性能水平的高低直接制约着过电压保护器的发展。影响压敏电阻电性能的因素很多，由原材料和制备过程中引入的有害杂质是其中重要因素之一。
四. 压敏电阻用ZnO粉体国内外产品对比
国内产品与国外产品对比
五. ZnO粉体中杂质对压敏电阻性能的影响
1. 关于低熔点杂质K、Na、Pb、Cd等对电阻片性能的影响
1.1 对于低熔点的杂质（K、Na、Pb、Cd）宏观上影响电阻片的烧成收缩率，在微观上低熔点的杂质存在影响了晶界势垒的表面态，从而减弱了产生非线性的有效势垒。
1.2 压敏电阻的高温烧结是典型的电子陶瓷的液相烧结，而低熔点杂质的存在会影响电阻陶瓷材料配方组成中固有的液相的含量或比例，因而影响了晶粒的均匀生长，这是严重的弱点。
1.3 高温下低共熔物的存在，促使了有效成分Bi的挥发，电子探针的分析表明：低熔点杂质含量高的电阻片电子陶瓷结构中Bi元素含量明显减少。
2. 关于Fe杂质对压敏电阻性能的影响
2.1 游离态的Fe，在高温烧结过程中会产生7~8倍的放大效应，因此即使是非常微小的游离态的Fe杂质，也会在瓷体中产生较大的空洞缺陷。
2.2 离子态的Fe由于Fe2+半径很小为0.074nm，压敏电阻是电子陶瓷的液相烧结，高温下液相形成硅酸盐熔体，冷却后便形成玻璃相，这个玻璃相类似与［SiO4］四面体网络构架，离子半径很小的Fe2+，Na+会破坏这种网络结构从而降低高温下玻璃相的粘度，玻璃相粘度越小，烧结过程中越容易向四周扩散，从而影响压敏电阻正常的液相烧结动力固相反应，不利于晶粒的均匀生长。
3. 关于Pb杂质对压敏电阻性能的影响
压敏电阻用ZnO粉体对Pb杂质的含量是非常敏感的，首先表现在对锌矿及锌锭的选择上是有严格要求的，比如云南富有大量的锌矿，但是由于锌矿中含铅量比较高目前还不宜于压敏电阻用。大量的实验表面，ZnO中Pb含量在30x10-6以上时，可以判断ZnO粉体是由非0号锌锭生产的，而电子级ZnO粉体必须用0号锌锭生产出的氧化锌。
多项实验表明Pb杂质含量要求在30x10-6以下才能满足高性能压敏电阻的生产正常使用。
4. ZnO粉体质量的稳定取决杂质种类与含量的稳定
签于上述这些杂质参与电子陶瓷高温液相烧结的固相反应过程，就要提出一个关于低熔点杂质含量稳定性问题，在间接法生产ZnO粉的工艺过程中，由于Cd,Pb等低熔点杂质先于锌锭溶解蒸发而收集，它的含量主要取决原矿中这些元素的含量，首先是0号锌锭杂质含量的稳定性，其次是生产工艺的稳定性，“炉龄”的维护，反应坩埚的定期更换等。
我们都知道电阻片生产工艺中最难控制的是电位梯度，非线性系数等，由于ZnO 粉体中杂质含量的不稳定，将造成这些参数的不稳定，因此ZnO粉体作为压敏电阻的主原料是生产工艺与电气性能稳定的重要基础。
六. 压敏电阻用ZnO粉体未来技术发展趋势
1. ZnO 粉体晶粒形貌与总浆料的分散性
由于氧化锌浆料的粘度在很大程度上取决于原材料的颗粒形貌，晶型结构为雪花状的氧化锌使用后料浆粘度太大，不宜分散开，必须添加超过正常工艺要求分散剂的量才能分散开。这就无形中增加了有机物的用量，但生产电阻片时有机物添加量越少，电阻片在排胶时残渣越少，电阻片性能就越好，氧化锌晶型结构为短柱状或接近球状的使用最好。
2. 纳米ZnO粉体的运用
纳米ZnO粉体粒径小、活性高，具有较高的比表面积和表面能，在压敏电阻烧结过程中降低表面能的驱动力几率比较大，部分掺杂纳米 ZnO不但可以有效提高晶粒的耐受能力，还能使尖晶石相充分发挥“钉扎效应”，阻止 ZnO晶粒的过度生长。 而且，纳米 ZnO的加入还能使主晶界处的界面态密度大大升高，导致晶界势垒增大，非线性系数增大，由此形成了具有高非线性系数的晶界。
纳米ZnO粒子巨大的比表面产生的吸附也能促进纳米粒子的团聚，将纳米ZnO粒子有效稳定地分散在压敏陶瓷总浆料中是纳米ZnO粉体运用的难点 。
3. 对ZnO粉体分散特性的关注与表征
ZnO粉体是压敏电阻的主体原料，如何将少量的并能改变功能性的添加剂氧化物粉体
均匀地分散到主原料ZnO粉体中是所有压敏电阻制造企业面临的重大课题，因此对ZnO粉体的分散特性的关注是十分重要的，是今后ZnO粉体制备企业赋予氧化锌产品新功能的重大亮点。
（1）经我们实验室测试不同ZnO粉体粉体存在不同的Zeta电位，存在分散性的差异，能否在ZnO产品的标准中添加分散特性的指标？
（2）能否在ZnO粉体制备工艺中改善ZnO颗粒的分散性？
无机改性剂改善ZnO粉体的分散性；
pH值改善不同ZnO粉体粉体的Zeta电位，从而使ZnO粉体在浆料中分散性提高。
有机改性剂硅烷偶联剂改善对ZnO粉体的分散性等。
七. 压敏电阻用ZnO粉体的分散工作进展
最后，他介绍了压敏电阻用ZnO粉体的分散工作进展情况，课题组正在开发新型高效的分散体系，降低纳米及微米ZnO粉体颗粒之间的活化能，阻止颗粒的再团聚，这样才能将ZnO粉体的效果发挥到最大，可以在保证压敏电阻综合性能的前提下，适当减小添加剂的用量，节约成本。
