敏感陶瓷 減縮版

1、1 敏感陶瓷2 是指當(dāng)作用于這些材料制造的原件上是指當(dāng)作用于這些材料制造的原件上的某一外界條件變化時(shí)，能引起該材料某的某一外界條件變化時(shí)，能引起該材料某種物理性能的變化，從而迅速獲得某種有種物理性能的變化，從而迅速獲得某種有用的信號(hào)。用的信號(hào)。3物理敏感陶瓷：物理敏感陶瓷：，如，如CdS、CdSe等；等；，如，如PTC陶瓷、陶瓷、NTC和和CTR熱敏陶瓷等；熱敏陶瓷等；，如，如InSb、InAs、GaAs等；等；4，如羅，如羅息鹽息鹽(NaKC4H4O64H2O) 、水晶、水晶、BaTiO3、PZT等；等；，如，如ZnO、SiC等；等；，如，如PbTiO3、PZT等。等。5化學(xué)敏感陶瓷化學(xué)敏感

2、陶瓷，如，如SnO2、ZnO、ZrO2等；等；，TiO2MgCr2O4、ZnO-Li2O-V2O5等。等。也在積極開發(fā)之中。也在積極開發(fā)之中。 6是一類是一類、等性質(zhì)隨等性質(zhì)隨發(fā)生發(fā)生明顯變化明顯變化的材料，主要用的材料，主要用于制造于制造、及及-(thermistor)。具有具有靈敏度高靈敏度高、穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好、制制造工藝簡(jiǎn)單造工藝簡(jiǎn)單及及價(jià)格便宜價(jià)格便宜等特點(diǎn)。等特點(diǎn)。7熱敏電阻熱敏電阻稱為稱為，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱PTC熱敏熱敏電阻電阻( positive temperature coefficient )； 如：如：BaTiO3陶瓷陶瓷8的的熱敏電阻熱敏電阻稱為稱為，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱NTC熱敏電熱敏

3、電阻阻( negative temperature coefficient )； 絕大多數(shù)是絕大多數(shù)是v熱敏熱敏電阻，簡(jiǎn)稱為電阻，簡(jiǎn)稱為CTR( critical temperature resistor )。 CTR熱敏電阻是一種具有熱敏電阻是一種具有 開關(guān)特性的負(fù)溫開關(guān)特性的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。當(dāng)達(dá)到臨界溫度時(shí)，引度系數(shù)的熱敏電阻。當(dāng)達(dá)到臨界溫度時(shí)，引起半導(dǎo)體陶瓷起半導(dǎo)體陶瓷金屬相變金屬相變10熱敏電阻在熱敏電阻在中的應(yīng)用最廣中的應(yīng)用最廣，它雖不適于，它雖不適于高精度的測(cè)量高精度的測(cè)量，但其，但其價(jià)格低價(jià)格低廉廉，多用于，多用于等。等。1112在現(xiàn)代社會(huì)，人們?cè)诂F(xiàn)代社會(huì)，人們?cè)谏詈凸ぷ?/p>

4、中在生活和工作中使用使用和接觸的和接觸的越來(lái)越多，其中某些越來(lái)越多，其中某些易燃、易易燃、易爆、有毒氣體爆、有毒氣體及其及其混合物混合物一旦泄露到大氣中一旦泄露到大氣中，會(huì)造成，會(huì)造成大氣污染大氣污染，甚至引起，甚至引起爆炸和火災(zāi)爆炸和火災(zāi)。13是一種是一種陶瓷材陶瓷材料，料，(或稱或稱)由由于其具有于其具有靈敏度高靈敏度高、性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小體積小、價(jià)格低廉價(jià)格低廉、使用方便使用方便等優(yōu)點(diǎn)，等優(yōu)點(diǎn)，得到迅速發(fā)展。得到迅速發(fā)展。 14氣敏陶瓷大致可分為氣敏陶瓷大致可分為、及及三種：三種：15 按照按照來(lái)分類，如來(lái)分類，如SnO2型、型、ZnO型、型、 -Fe2O3型、型

5、、 -Fe2O3型、鈣鈦礦化合型、鈣鈦礦化合物型、物型、TiO2型等。型等。16是一類介于是一類介于的奇特固體的奇特固體材料，其材料，其主要特征主要特征是它的是它的，如，如ZrO2氧敏陶瓷氧敏陶瓷，K2SO4、Na2SO4等堿金屬硫酸鹽等。等堿金屬硫酸鹽等。17用用作母線，表面用作母線，表面用陶瓷涂層陶瓷涂層、觸媒材料觸媒材料、防晶粒生長(zhǎng)材料防晶粒生長(zhǎng)材料以及以及防觸媒中防觸媒中毒材料毒材料等涂層所制成。等涂層所制成。 1819利用利用吸附還原氣體時(shí)吸附還原氣體時(shí)來(lái)檢測(cè)還原氣體來(lái)檢測(cè)還原氣體，已廣泛應(yīng)用于，已廣泛應(yīng)用于家用家用、生產(chǎn)用、生產(chǎn)用和和等。等。20對(duì)對(duì)特別敏特別敏感，廣泛用于感，廣泛

6、用于CO報(bào)警報(bào)警和和工作環(huán)境的空氣工作環(huán)境的空氣監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)等。等。21氧化鋅系氣敏陶瓷元件最突出的優(yōu)點(diǎn)氧化鋅系氣敏陶瓷元件最突出的優(yōu)點(diǎn)是是，一般加入適量的，一般加入適量的來(lái)來(lái)提高陶瓷元件的靈敏度提高陶瓷元件的靈敏度。22對(duì)異丁烷、丙烷、乙對(duì)異丁烷、丙烷、乙烷等烷等有較高靈敏度有較高靈敏度，碳?xì)浠?，碳?xì)浠衔镏形镏小?3常見的鐵的氧化物有常見的鐵的氧化物有：FeO、Fe2O3和和Fe3O4；（不作詳述）（不作詳述）24以濕敏材料制造的以濕敏材料制造的配以配以即成為即成為。根據(jù)濕敏材料的根據(jù)濕敏材料的性能性能及其及其使用功能使用功能可分為以下四類：可分為以下四類：25，如，如LiCl電解質(zhì)型。電解

7、質(zhì)型。，有電解質(zhì)型，有電解質(zhì)型(離子離子交換樹脂交換樹脂)、膨潤(rùn)型、電容型。、膨潤(rùn)型、電容型。，有電容型、電阻，有電容型、電阻型、阻抗型。型、阻抗型。，如半導(dǎo)體硅材料。，如半導(dǎo)體硅材料。其中，最常用的為其中，最常用的為濕濕敏電阻型。敏電阻型。26濕敏陶瓷材料濕敏陶瓷材料種類種類繁多，繁多，化學(xué)組成化學(xué)組成復(fù)復(fù)雜。雜。按按可將可將濕敏半導(dǎo)體陶瓷濕敏半導(dǎo)體陶瓷分為分為、和和。 27MgCr2O4-TiO2系濕敏陶瓷是系濕敏陶瓷是多孔濕敏陶瓷多孔濕敏陶瓷結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，達(dá)達(dá)30-40，具有，具有良好的透濕性能良好的透濕性能。MgCr2O4-TiO2系濕敏陶瓷的系濕敏陶瓷的可采可采用用傳統(tǒng)陶瓷的制造方法傳

8、統(tǒng)陶瓷的制造方法，但原料必須采用化學(xué)，但原料必須采用化學(xué)純或分析純級(jí)。純或分析純級(jí)。28MgCr2O4-TiO2系濕敏陶瓷的制造工藝系濕敏陶瓷的制造工藝流程如下：流程如下：MgO、Cr2O3、TiO2 稱量稱量 球磨球磨 干燥干燥 造粒造粒 干壓干壓燒結(jié)燒結(jié) 切片切片 電極電極 引線引線 裝配裝配 測(cè)試測(cè)試 29MgCr2O4-TiO2系系具有具有很高的很高的濕度活性濕度活性，濕度響應(yīng)快濕度響應(yīng)快，對(duì)溫度、時(shí)間、，對(duì)溫度、時(shí)間、濕度和電負(fù)荷的濕度和電負(fù)荷的，是很有應(yīng)用前，是很有應(yīng)用前途的途的濕敏傳感器陶瓷材料濕敏傳感器陶瓷材料，已用于，已用于。程序控制的微波爐，根據(jù)程序控制的微波爐，根據(jù)處于微

9、波爐處于微波爐蒸汽排口處的蒸汽排口處的的相對(duì)濕度反饋的相對(duì)濕度反饋信息，調(diào)節(jié)烹調(diào)參數(shù)。信息，調(diào)節(jié)烹調(diào)參數(shù)。 30此外，目前比較常見的此外，目前比較常見的還有還有ZnCr2O4為主晶相系為主晶相系半導(dǎo)體陶瓷半導(dǎo)體陶瓷，以，以及新研究的及新研究的。 31陶瓷濕度傳感器結(jié)構(gòu)陶瓷濕度傳感器結(jié)構(gòu)32濕敏陶瓷的應(yīng)用很廣泛，主要濕敏陶瓷的應(yīng)用很廣泛，主要應(yīng)用于應(yīng)用于家電家電、汽車汽車、醫(yī)療醫(yī)療、工業(yè)設(shè)工業(yè)設(shè)備備、農(nóng)、林、畜牧業(yè)農(nóng)、林、畜牧業(yè)等領(lǐng)域。等領(lǐng)域。 33一般電阻器的電阻值可以認(rèn)為是一個(gè)恒一般電阻器的電阻值可以認(rèn)為是一個(gè)恒定值，即流過(guò)它的電流與施加電壓成線性關(guān)定值，即流過(guò)它的電流與施加電壓成線性關(guān)系。

10、系。壓敏陶瓷是指壓敏陶瓷是指，用這，用這種材料制成的電阻稱為種材料制成的電阻稱為。34制造制造有有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等。等。其中其中BaTiO3、Fe2O3利用的是利用的是，而，而SiC、ZnO、SrTiO3利用的是利用的是。目前，應(yīng)用最廣、性能最好的是目前，應(yīng)用最廣、性能最好的是。 35壓敏電阻陶瓷具有壓敏電阻陶瓷具有，對(duì)，對(duì)電壓變化非常敏感。電壓變化非常敏感。在在某一臨界電壓某一臨界電壓以下，壓敏電阻陶瓷電以下，壓敏電阻陶瓷電阻值非常高，幾乎沒有電流；但當(dāng)阻值非常高，幾乎沒有電流；但當(dāng)超過(guò)這一超過(guò)這一臨界電壓時(shí)臨界電壓時(shí)，電阻將急劇變化，并且有

11、電流，電阻將急劇變化，并且有電流通過(guò)。隨著電壓的少許增加，電流會(huì)很快增通過(guò)。隨著電壓的少許增加，電流會(huì)很快增大。大。壓敏電阻陶瓷的這種電流壓敏電阻陶瓷的這種電流-電壓特性曲線電壓特性曲線如圖所示。如圖所示。 361.齊鈉二極管；齊鈉二極管；2.SiC壓敏電阻；壓敏電阻；3.ZnO壓敏電阻；壓敏電阻；4.線性電阻；線性電阻；5.ZnO壓敏電阻。壓敏電阻。 壓敏電阻的壓敏電阻的I-U特性曲線特性曲線37ZnO系壓敏電阻陶瓷是壓敏電阻陶瓷中系壓敏電阻陶瓷是壓敏電阻陶瓷中。成分是成分是ZnO，并添加并添加Bi2O3、CoO、MnO、Cr2O3、Sb2O3、TiO2、SiO2、PbO等等氧化物氧化物經(jīng)改

12、性燒結(jié)經(jīng)改性燒結(jié)而成。而成。38ZnO壓敏電阻器的應(yīng)用很廣，可歸結(jié)壓敏電阻器的應(yīng)用很廣，可歸結(jié)為如下兩方面：為如下兩方面： 過(guò)壓保護(hù)過(guò)壓保護(hù) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓39各種大型整流設(shè)備、大型電磁鐵、大型各種大型整流設(shè)備、大型電磁鐵、大型電機(jī)、通訊電路、民用設(shè)備電機(jī)、通訊電路、民用設(shè)備在開關(guān)時(shí)在開關(guān)時(shí)，會(huì)引會(huì)引起很高的過(guò)電壓起很高的過(guò)電壓，需要進(jìn)行保護(hù)，以延長(zhǎng)使，需要進(jìn)行保護(hù)，以延長(zhǎng)使用壽命。故在電路中接入用壽命。故在電路中接入可以抑制可以抑制過(guò)電壓。過(guò)電壓。此外，此外，還可作還可作晶體管保護(hù)晶體管保護(hù)、變變壓器次級(jí)電路的半導(dǎo)體器件的保護(hù)壓器次級(jí)電路的半導(dǎo)體器件的保護(hù)以及以及大氣大氣過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓保

13、護(hù)等。等。 40由于由于具有具有優(yōu)異的非線性優(yōu)異的非線性和短的響應(yīng)時(shí)間，且溫度系數(shù)小、壓敏電壓和短的響應(yīng)時(shí)間，且溫度系數(shù)小、壓敏電壓的穩(wěn)定度高的穩(wěn)定度高，故，故得以應(yīng)用。得以應(yīng)用?？捎糜诓噬娨暯邮諜C(jī)、衛(wèi)可用于彩色電視接收機(jī)、衛(wèi)星地面站星地面站彩色監(jiān)視器彩色監(jiān)視器及電子計(jì)算機(jī)末端及電子計(jì)算機(jī)末端數(shù)字?jǐn)?shù)字顯示裝置中顯示裝置中穩(wěn)定顯像管陽(yáng)極高壓，以提高圖穩(wěn)定顯像管陽(yáng)極高壓，以提高圖像質(zhì)量等。像質(zhì)量等。 41光敏陶瓷也稱光敏陶瓷也稱，屬，屬半導(dǎo)體陶半導(dǎo)體陶瓷瓷。由于材料的由于材料的不同以及不同以及的差異，它的差異，它在光的照射下在光的照射下吸收光能，產(chǎn)生吸收光能，產(chǎn)生不同的光電效應(yīng)：不同的光電效應(yīng)：

14、和和。42利用利用來(lái)制造來(lái)制造光敏電阻光敏電阻，可，可用于各種用于各種自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)；利用利用則可制造則可制造光電池光電池或或稱太陽(yáng)能電池，為人類提供了新能源。稱太陽(yáng)能電池，為人類提供了新能源。 43當(dāng)光線照射到半導(dǎo)體時(shí)，當(dāng)光線照射到半導(dǎo)體時(shí)，在光子作在光子作用下用下產(chǎn)生的產(chǎn)生的使電導(dǎo)增加的現(xiàn)使電導(dǎo)增加的現(xiàn)象，稱為象，稱為。44 當(dāng)光線照射到當(dāng)光線照射到上時(shí)，上時(shí)，如果光子能如果光子能量足夠大量足夠大，h Eg，就就在在p-n結(jié)附近結(jié)附近激發(fā)出激發(fā)出。在自建電場(chǎng)的作用下，在自建電場(chǎng)的作用下，n區(qū)的區(qū)的被拉向被拉向p區(qū)，區(qū)，p區(qū)的區(qū)的被拉向被拉向n區(qū)，結(jié)果區(qū)，結(jié)果n區(qū)積累了負(fù)區(qū)積累了負(fù)

15、電荷，電荷，p區(qū)積累了正電荷，產(chǎn)生區(qū)積累了正電荷，產(chǎn)生。若若將外電路接通將外電路接通，就有電流由，就有電流由p區(qū)流經(jīng)外電路區(qū)流經(jīng)外電路至至n區(qū)，這種效應(yīng)稱為區(qū)，這種效應(yīng)稱為。45光電二極管光電二極管、太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池和和光電晶體管光電晶體管就是利就是利用用制成的制成的光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換元件。通常通常不同的材料不同的材料具有不同的具有不同的，并，并在某在某一波長(zhǎng)一波長(zhǎng)有最大的靈敏度。有最大的靈敏度。在在 (0.40.76 m) 最適用的光敏材料最適用的光敏材料為為CdS和和CdSe；而在而在 (0.763 m) 最適用的最適用的光敏材料為光敏材料為PbS。目前，常用于制造光敏電阻的光敏材料有目前，常用于制造光敏電阻的光敏材料有CdS、CdSe和和PbS。 46 是利用是利用光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的器件。轉(zhuǎn)換為電能的器件。雖然能量雖然能量h Eg的光子均可產(chǎn)生激發(fā)，的光子均可產(chǎn)生激發(fā)，但只有能量相當(dāng)于但只有能量相當(dāng)于Eg的部分才能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿牟糠植拍苻D(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。光子吸收材料的禁帶在。光子吸收材料的禁帶在Eg0.9eV附近時(shí)，附近時(shí)，光子激發(fā)利用率最高。光子激發(fā)利用率最高。47不僅受不僅受光子