气敏陶瓷

定义：气敏陶瓷，亦称气敏半导体是用于吸收某种气体后电阻率发生变化的一种功能陶瓷。它是用二氧化锡等材料经压制烧结而成的，对许多气体反映十分灵敏，可应用于气敏检漏仪等装置进行自动报警。举例：人们在研制试验各种陶瓷时，发现半导体陶瓷作为气敏材料的灵敏度非常高。如薄膜状氧化锌气敏材料可检测氢气、氧气、乙烯和丙烯气体；以铂作催化剂时可检测乙烷和丙烷等烷烃类可燃性气体；氧化锡气敏材料可检测甲烷、乙烷等可燃性气体。氧化铱系材料是测氧分压最常用的敏感材料。此外，氧化铁、氧化钨、氧化铝、氧化铝等氧化物都有一定的气敏特性。它们通过有选择地吸附气体，使半导体的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面能态发生改变，从而引起电导率的变化，以此确定某种未知气体及其浓度。目前探测诸如一氧化碳、酒精、煤气、苯、丙烷、氢、二氧化硫等气体的气敏陶瓷已经获得了成功。半导体陶瓷气敏材料在工业上有着极为广阔的应用前景。如对煤矿开采中的瓦斯进行控制与检测，对煤气输送和化工生产中管道气体泄漏进行监测等。分类：气敏陶瓷通常分为半导体式和固体电解质式两大类。按制造方法又分为烧结型、厚膜型和薄膜型。制造方法又分为烧结型、厚膜型和薄膜型。按材料成分分为金属氧化物系列（ZnO、材料成分分为金属氧化物系列（SnO2、ZnO和复合氧化物系列(通式为ABOFe2O3、ZrO2)和复合氧化物系列(通式为ABO3)。原理：半导体气敏陶瓷是利用半导体陶瓷与气体接触时电阻的变化来检测的，低浓度气体的电阻值取决于表面态密度和晶粒大小影响气敏陶瓷。半导体气敏陶瓷的导电机理主要有能级生成理论和接触粒界势垒理论。按能级生成理论，当SnO2、ZnO等N型半导体陶瓷表面吸附还原性气体时，气体将电子给予半导体，并以正电荷与半导体相吸，而进入N型半导体内的电子又束缚少数载流子空穴，使空穴与电子的复合率降低，增大电子形成电流的能力，使陶瓷电阻值下降；当N型半导体陶瓷表面吸附氧化性气体时，气体将其空穴给予半导体，并以负离子形式与半导体相吸，而进入N型半导体内的空穴使半导体内的电子数减少，因而陶瓷电阻值增大。接触粒界势垒理论则依据多晶半导体能带模型，在多晶界面存在势垒，当界面存在氧化性气体时势垒增加，存在还原性气体时势垒降低，从而导致阻值变化。常用的气敏陶瓷材料有SnO2、ZnO和ZrO2。SnO2气敏陶瓷的特点是灵敏度高，且出现最高灵敏度的温度Tm较低（约300℃），最适于检测微量浓度气体，对气体的检测是可逆的，吸附、解析时间短。ZnO气敏陶瓷的气体选择性强。ZrO2系氧气敏感陶瓷是一种固体电解质陶瓷的快离子导体。因ZrO2固体中含有大量氧离子晶格空位，因此，造成氧离子导电。发展方向从现在的水平来看，半导体气敏陶瓷元件的灵敏度高，有利于实现快速，连续及自动测量，结构及工艺简单、方便、价廉。缺点是稳定性、互换性不好，对不同气体分辨力差，在低温，常温条件下工作问题还有待．进一步解决，不易实现定量检测等。要解决现存问题需要从以下几个方面着手：(1)积极开展有关气敏半导体陶瓷材料基础理论的研究。必须进一步深入地开展对上述各项的研究，才能从新的理论基础上探讨解决气敏半导体陶瓷材料各种性能问题。(2)提高材料的性能，积极寻找新材料。目前，氧化锡系、氧化锌系，氧化铁系等气敏半导体陶瓷材料已实用化，但性能还有待进一步提高。(3)积极开展多功能化、微型化、集成化气敏半导体陶瓷元件的研制开发。今后气敏半导体陶瓷元件的发展方向将是短，小、轻、薄型化。举例气敏陶瓷与湿敏陶瓷的区别气敏陶瓷是基于元件表面的气体吸附和随之产生的元件导电率的变化而设计。具体吸附原理为：当吸附还原性气体时，此还原性气体就把其电子给予半导体，而以正电荷与半导体相吸附着。进入到n型半导体内的电子，束缚少数载流子空穴，使空穴与电子的复合率降低。这实际上是加强了自由电子形成电流的能力，因而元件的电阻值减小。与此相反，若n型半导体元件吸附氧化性气体，气体将以负离子形式吸附着，而将其空穴给予半导体，结果是使导电电子数目减少，而使元件电阻值增加。湿敏陶瓷是当气敏陶瓷界处吸附水分子时，由于水分子是一种强极性分子，其分子结构不不对称。由于水分子不对称，在氢原子一侧必然具有很强的正电场，使得表面吸附的水分子可能从半导体表面吸附的O2-或O-离子中吸取电子，甚至从满带中直接俘获电子。因此将引起晶粒表面电子能态变化，从而导致晶粒表面电阻和整个元件的电阻变化。生产工艺：首先在陶瓷基板上印刷隔热层，烧结完成后，印刷加热电极和加热电阻;然后印刷隔离层，烧结之后印刷测量电极及气敏层应用：汽车氧传感器钢水测温定氧仪空气监测器防火灾烟雾探测报警器应用半导体气敏元件气敏半导体陶瓷可以发现隐藏起来的有害气体，半导体蜂窝陶瓷载体的的电阻率随某一种或几种气体的浓度发生规则性的变化，其检测灵敏度通常可达百万分之一的量级或更高。半导半导体气敏元件体陶瓷的气敏特性可用来制成气敏元件，在化工、环境保护与监测、煤矿、国防、汽车、食品、电子、石油、发电等很多领域，对有害、易燃、易爆等气体实施自动检测，并报警和调控，尤其在环境保护与监测等涉及。半导体陶瓷气敏元件可分为表面效应型和体效应型。主要有SnO2系、ZnO系、Fe203系、MgO系、Ti02系等。类型包括烧结型、厚膜型、薄膜型等。如加入不同的其他添加物，SnO2系陶瓷可制成对C2H5OH、丙酮、CO、H2敏感的气敏元件，ZnO系陶瓷可制成对C2H5OH、丙酮敏感的气敏元件，Fe203系蜂窝陶瓷可制成对可燃性气体敏感的气敏元件等。陶瓷气敏元件在传感器等方面的应用近些年发展很快，由于成本低、结构简单，灵敏度高，实际使用方便等优点引起科技界和企业界的高度重视。AQS501传感器AQS501传感器是采用先进成熟的旁热式结构的半导体气敏元件，由陶瓷加热器上涂覆纳米级半导体材料SnO2并掺杂适当微量元素构成，对香烟、木材、纸张燃烧产生的烟雾、酒精、氨气、氢气、一氧化碳、甲烷、丙烷、甘烷、苯乙烯、丙二醇、酚、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛等有机挥发气体具有极高的灵敏度。特点1、灵敏度极高，能有效探测到0.1PPM浓度气体.2、稳定性好，不受温湿度影响3、寿命长4、模块化设计，数字信号输出，应用更方便简单.5、成本低汽车用氧化锆基陶瓷气敏器件气敏陶瓷的分类及工作原理半导体气敏陶瓷一般可以分为表面效应和体效应两种类型。按制造方法和结构形式,可分为烧结形、薄膜型及厚膜型。但通常气敏陶瓷是按照使用材料的成分划分为SnO2、ZnO、Fe2O3等系列。被测气体与气敏性材料表面的相互作用非常复杂,包括表面物理化学反应、吸附理论、表面状态以及半导体催化剂电子理论等多方面的相互作用。所以，气敏半导体的工作原理比较复杂。但是总体而言，半导体气敏元件均是用所吸附的气体分子与半导体元件内部或表面的相互作用，致使半导体电导率发生变化，达到检测的目的。半导体金属氧化物气敏机理一般分为体电阻控制机理、表面电阻控制机理和非电阻控制机理。气敏陶瓷的制备气体与敏感陶瓷的作用部位通常只局限于表面，故其敏感特性如电阻值与被测气体浓度的关系，就和敏感体的烧结形式(几何形状)关系甚大，常见的有薄膜型、厚膜型和多孔烧结体型。气敏薄膜的厚度一般为10-2-10-1微米，可通过化学气相沉积，或不同形式的溅射方式来制备。厚膜的膜厚为几十微米，采用浆料丝网漏印烧结法制作，用非致密烧结法制备多孔陶瓷，水热法和溶胶凝胶法也是常用方法。气敏陶瓷的发展方向从现在的水平来看，半导体气敏陶瓷元件的灵敏度高，有利于实现快速，连续及自动测量，结构及工艺简单、方便、价廉。缺点是稳定性、互换性不好，对不同气体分辨力差，在低温，常温条件下工作问题还有待．进一步解决，不易实现定量检测等。要解决现存问题需要从以下几个方面着手：(1)积极开展有关气敏半导体陶瓷材料基础理论的研究。必须进一步深入地开展对上述各项的研究，才能从新的理论基础上探讨解决气敏半导体陶瓷材料各种性能问题。(2)提高材料的性能，积极寻找新材料。目前，氧化锡系、氧化锌系，氧化铁系等气敏半导体陶瓷材料已实用化，但性能还有待进一步提高。(3)积极开展多功能化、微型化、集成化气敏半导体陶瓷元件的研制开发。今后气敏半导体陶瓷元件的发展方向将是短、小、轻、薄型化。参考文献[1]杨冉.气敏陶瓷原理综述[J].中国科技信息,2023(10):143-144[2]张维兰.气敏陶瓷的发展及应用[J].机械与电子,2006(7):49-50[3]崔志敏,马雪刚.气敏陶瓷材料的制备及应用[J].山东陶瓷,2007(3):11-13