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氣敏陶瓷
閱讀�5486時間�2011-03-27 18:42:19

  氣敏陶瓷,亦稱氣敏半�(dǎo)體是用于吸收某種氣體后電阻率�(fā)生變化的一種功能陶�。它是用二氧化錫等材料經(jīng)壓制燒結(jié)而成�,對許多氣體反映十分靈敏,可�(yīng)用于氣敏檢漏儀等裝置進行自動報警。在生活中,它是�(yīng)用越來越�,可保障人們的生命財產(chǎn)�

由來

  人們在研制試驗各種陶瓷�,發(fā)�(xiàn)半導(dǎo)體陶瓷作為氣敏材料的靈敏度非常高。如薄膜狀氧化鋅氣敏材料可檢測氫氣、氧�、乙烯和丙烯氣體;以鉑作催化劑時可檢測乙烷和丙烷等烷烴類可燃性氣�;氧化錫氣敏材料可檢測甲�、乙烷等可燃性氣�。氧化銥系材料是測氧分壓最常用的敏感材��

  此外,氧化鐵、氧化鎢、氧化鋁、氧化鋁等氧化物都有一定的氣敏特�。它們通過有選擇地吸附氣體,使半導(dǎo)體的表面能態(tài)�(fā)生改�,從而引起電�(dǎo)率的變化,以此確定某種未知氣體及其濃�。目前探測諸如一氧化�、酒�、煤�、苯、丙�、氫、二氧化硫等氣體的氣敏陶瓷已�(jīng)獲得了成��

  半導(dǎo)體陶瓷氣敏材料在工業(yè)上有著極為廣闊的�(yīng)用前�。如對煤礦開采中的瓦斯進行控制與檢�,對煤氣輸送和化工生產(chǎn)中管道氣體泄漏進行�(jiān)測等�

分類

  氣敏陶瓷通常分為半導(dǎo)體式和固體電解質(zhì)式兩大類�

  按制造方法又分為燒結(jié)�、厚膜型和薄膜型�

  制造方法又分為燒結(jié)�、厚膜型和薄膜型�

  按材料成分分為金屬氧化物系列� ZnO、材料成分分為金屬氧化物系列(SnO2、ZnO和復(fù)合氧化物系列(通式為ABO Fe2O3、ZrO2)和復(fù)合氧化物系列(通式為ABO3)�

原理

  半導(dǎo)體氣敏陶瓷的�(dǎo)電機理主要有能級生成理論和接觸粒界勢壘理�。按能級生成理論,當(dāng)SnO2、ZnO等N型半�(dǎo)體陶瓷表面吸附還原性氣體時,氣體將電子給予半導(dǎo)�,并以正電荷與半�(dǎo)體相�,而進入N型半�(dǎo)體內(nèi)的電子又束縛少數(shù)載流子空�,使空穴與電子的�(fù)合率降低,增大電子形成電流的能力 ,使陶瓷電阻值下�;當(dāng)N型半�(dǎo)體陶瓷表面吸附氧化性氣體時,氣體將其空穴給予半�(dǎo)�,并以負(fù)離子形式與半�(dǎo)體相�� 而進入N型半�(dǎo)體內(nèi)的空穴使半導(dǎo)體內(nèi)的電子數(shù)減少,因而陶瓷電阻值增�。接觸粒界勢壘理論則依據(jù)多晶半導(dǎo)體能帶模�,在多晶界面存在勢壘,當(dāng)界面存在氧化性氣體時勢壘增加,存在還原性氣體時勢壘降低,從而導(dǎo)致阻值變��

  常用的氣敏陶瓷材料有SnO2、ZnO和ZrO2。SnO2氣敏陶瓷的特點是靈敏度高,且出現(xiàn)靈敏度的溫度Tm較低(約300℃),最適于檢測微量濃度氣體,對氣體的檢測是可逆的,吸附、解析時間短。ZnO氣敏陶瓷的氣體選擇性強。ZrO2系氧氣敏感陶瓷是一種固體電解質(zhì)陶瓷的快離子�(dǎo)�。因ZrO2固體中含有大量氧離子晶格空位,因�,造成氧離子導(dǎo)��

�(fā)展方�

  從現(xiàn)在的水平來看,半�(dǎo)體氣敏陶瓷元件的靈敏度高,有利于實現(xiàn)快�,連續(xù)及自動測�,結(jié)�(gòu)及工藝簡�、方�、價�。缺點是�(wěn)定�、互換性不好,對不同氣體分辨力差,在低�,常溫條件下工作問題還有待.進一步解�,不易實�(xiàn)定量檢測�。要解決�(xiàn)存問題需要從以下幾個方面著手:

  (1)積極開展有關(guān)氣敏半導(dǎo)體陶瓷材料基�(chǔ)理論的研究。必須進一步深入地開展對上述各項的研究,才能從新的理論基礎(chǔ)上探討解決氣敏半�(dǎo)體陶瓷材料各種性能問題�

  (2)提高材料的性能,積極尋找新材料。目�,氧化錫�、氧化鋅�,氧化鐵系等氣敏半導(dǎo)體陶瓷材料已實用化,但性能還有待進一步提��

  (3)積極開展多功能化、微型化、集成化氣敏半導(dǎo)體陶瓷元件的研制開發(fā)。今后氣敏半�(dǎo)體陶瓷元件的�(fā)展方�?qū)⑹嵌蹋 ⑤p、薄型化�

與濕敏陶瓷的區(qū)�

  氣敏陶瓷是基于元件表面的氣體吸附和隨之產(chǎn)生的元件�(dǎo)電率的變化而設(shè)計。具體吸附原理為:當(dāng)吸附還原性氣體時,此還原性氣體就把其電子給予半導(dǎo)�,而以正電荷與半導(dǎo)體相吸附�。進入到n型半�(dǎo)體內(nèi)的電�,束縛少�(shù)載流子空�,使空穴與電子的�(fù)合率降低。這實際上是加強了自由電子形成電流的能�,因而元件的電阻值減�。與此相�,若n型半�(dǎo)體元件吸附氧化性氣�,氣體將以負(fù)離子形式吸附�,而將其空穴給予半�(dǎo)體,�(jié)果是使導(dǎo)電電子數(shù)目減�,而使元件電阻值增��

  濕敏陶瓷是當(dāng)氣敏陶瓷晶粒界處吸附水分子時,由于水分子是一種強極性分�,其分子�(jié)�(gòu)不不對稱。由于水分子不對�,在氫原子一�(cè)必然具有很強的正電場,使得表面吸附的水分子可能從半導(dǎo)體表面吸附的O2-或O-離子中吸取電子,甚至從滿帶中直接俘獲電子。因此將引起晶粒表面電子能態(tài)變化,從而導(dǎo)致晶粒表面電阻和整個元件的電阻變化�

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