电触头在各种开关电器中承担着分断与接通电路的任务,所以电触头材料的可靠性对电路能否稳定运行具有重大影响。新型Ag Sn O2材料是一种环保型材料,也是现在最合适代替Ag Cd O的电接触材料,具有优良的综合性能,但其缺点是使用过程中会在表面析出Sn O2晶体。Sn O2属于宽禁带半导体,它的导电性很差,而且熔点较高,经过长时间的使用后会使Ag Sn O2触头的接触电阻增加、触头材料的温度也会明显上升,又因为Sn O2的硬度很高,所以使触头材料难以进行机械加工,进而影响电触头的使用。因此,如何改善Sn O2的导电性能成了当今学者们研究的主要方向,现在有很多研究表明在Sn O2中掺杂其他元素原子可有效提高Sn O2的电性能,而当有两个及以上类别的元素对Sn O2进行掺杂时效果往往会更加优异。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法仿真构建了两组稀土元素Ce和Nd、La和Y分别单掺杂和共掺杂的Sn O2超晶胞,掺杂比例均为16.6%,并计算分析了掺杂之后Sn O2的能带图、态密度,电荷布局和电导率。分析结果表明稀土元素单掺杂和共掺杂都能使Sn O2的带隙缩小、能带趋于紧密,而Ce-Nd共掺杂和La-Y共掺杂Sn O2时的效果要明显优于各种稀土元素单掺杂。电导率的计算结果也表明Ce-Nd共掺杂和La-Y共掺杂的Sn O2体系电性能要优于各个稀土元素单掺杂。其中La-Y共掺杂Sn O2晶体的电性能仿真计算结果是最佳的。之后,采用溶胶-凝胶法制备本征Sn O2粉末和各组稀土元素单掺杂和共掺杂的Sn O2粉末。最后通过粉末冶金法将制备的稀土元素掺杂凝胶Sn O2粉末与Ag粉结合,得到对应的Ag Sn O2电触头式样,之后对各掺杂体系触头式样的物理性能如密度等进行测量与分析;然后再对各触头式样进行电接触试验,测量各式样的接触电阻、燃弧能量、材料转移量等,通过结果分析触头材料性能的优劣,并与仿真计算时的结论进行比对。结果表明,Ce-Nd共掺杂与La-Y共掺杂的Ag Sn O2触头材料的密度、电导率、硬度基本上均优于单个稀土元素掺杂。而接触电阻、燃弧电阻和材料转移量的测试结果表明,Ce、Nd、La、Y稀土元素分别单掺杂Ag Sn O2触头的电性能均优于纯Ag Sn O2触头,而Ce-Nd共掺杂与La-Y共掺杂Ag Sn O2触头材料电性能优于各个稀土元素单掺杂Ag Sn O2触头。并且实验测量的结果与仿真计算结果相一致,证明了理论与实践的一致性,验证了理论计算方法具有可行性与正确性。综合考虑材料的物理性能和电性能得出,La-Y元素共掺杂的Ag Sn O2触头材料的各项性能最优。