Cr、La共掺杂SnO2电子结构和力学性能的第一性原理研究*

许婧婷，王景芹，张广智，胡德霖，黄光临

(1.河北工业大学 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室，天津 300130；2.上海良信电器股份有限公司，上海 200137； 3.苏州电器科学研究院有限公司，江苏 苏州 215104；4.温州聚星科技股份有限公司，浙江 温州 325062)

0 引 言

电触头是开关电器的核心元件，负担电流接通、分断的任务，其性能直接影响到电器的可靠性[1-2]。银金属氧化物电触头材料是电接触材料中人们研究与应用得最广的材料，有良好的抗熔焊性、耐电弧侵蚀性，其中最有代表性的是 AgCdO，但因生产和使用过程中的“镉毒”影响人身健康，已被限制使用[3-6]。AgSnO2具有良好的抗熔焊、耐磨损、耐电弧烧蚀性能以及无毒等特点，成为最有希望替代银氧化镉的材料[7-8]。但第二相SnO2作为带隙宽度达3.6 eV的宽禁带半导体材料，近乎绝缘，且在多次电弧接触下，氧化锡会富集于触头表面，增大接触电阻，提高温升，影响AgSnO2材料的导电性；此外银基体与氧化锡之间的浸润性不好，氧化锡颗粒硬度高较脆，导致银氧化锡的成型及后续加工困难[9-10]。通过掺杂改性的方式改善SnO2的导电性和机械性能是目前研究方向的一大主流[11]。

半导体材料SnO2的导电率主要由载流子浓度和迁移率两方面决定。当掺杂元素进入SnO2晶格中，形成N型或P型半导体，自由电子或空穴浓度上升，为SnO2提供导电载流子，提高导电性，降低AgSnO2的接触电阻[12-13]。

金属氧化物可以明显改善Ag与SnO2间的润湿性，使SnO2能在熔融Ag中均匀弥散分布，增强界面结合能力，避免SnO2富集，降低接触电阻和温升，从而提高触头材料导电性，抗熔焊、耐电弧烧蚀性能及电寿命[14]。……