气敏材料的合成与 ppt课件
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半导体气敏元件的基本结构及特征课件
S Rg R0 （4-1）
S R0 Rg （4-2）
（3）灵敏度的电压表示法
Sv Vg V0 （4-3）
4-2-2 电阻型气敏元件的主要特性
2.选择性
若气敏元件只对被测的一种气体灵敏，而对性质相 近的其他气体不灵敏，这反应了其他气体对主测气体 不产生干扰。为表征这种干扰大小的程度，常用元件 的选择特性来表示。
4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构
2.厚膜型气敏元件
制备方法：蒸发、 溅射、丝网印刷。 优点：一致性好 缺点：功耗大
4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构
膜厚影响SnO2厚膜型气敏元件敏感特性的研究
摘要:采用丝网印刷技术制备不同膜厚SnO2厚膜气敏试样，在不 同温度下进行热处理后测定了试样的阻温曲线和对乙醇气体的 灵敏度，结果表明制备不同膜厚试样的气体灵敏度不同，阻温 曲线也不同.要制备灵敏度高、一致性好的气敏器件，调整控制 膜厚和及其热处理温度至关重要。
气敏元件置于不同浓度的被测气体中时，引起气敏元件阻值变化
的幅度不同，相应的输出电压VL也不同，从而可以根据气敏元件
阻值的变化推知被测气体浓度。
4-2-2 电阻型气敏元件的主要特性 1.灵敏度
灵敏度是表征由于被测气体浓度变化而引起气敏元 件阻值变化的程度。 （1）灵敏度的电阻表示法
（2）灵敏度的电阻比表示法
知识点
❖电阻型气敏元件灵敏度的定义方法 结构
4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构
(2)旁热式元件
由于加热丝不与气 敏材料接触，避免了 测量回路与加热回路 之间的相互干扰。元 件性能一致性有较大 提高，机械强度也大 为改善，成为目前商 品化元件的一种主要 结构类型。
4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构
S R0 Rg （4-2）
（3）灵敏度的电压表示法
Sv Vg V0 （4-3）
4-2-2 电阻型气敏元件的主要特性
2.选择性
若气敏元件只对被测的一种气体灵敏，而对性质相 近的其他气体不灵敏，这反应了其他气体对主测气体 不产生干扰。为表征这种干扰大小的程度，常用元件 的选择特性来表示。
4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构
2.厚膜型气敏元件
制备方法：蒸发、 溅射、丝网印刷。 优点：一致性好 缺点：功耗大
4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构
膜厚影响SnO2厚膜型气敏元件敏感特性的研究
摘要:采用丝网印刷技术制备不同膜厚SnO2厚膜气敏试样，在不 同温度下进行热处理后测定了试样的阻温曲线和对乙醇气体的 灵敏度，结果表明制备不同膜厚试样的气体灵敏度不同，阻温 曲线也不同.要制备灵敏度高、一致性好的气敏器件，调整控制 膜厚和及其热处理温度至关重要。
气敏元件置于不同浓度的被测气体中时，引起气敏元件阻值变化
的幅度不同，相应的输出电压VL也不同，从而可以根据气敏元件
阻值的变化推知被测气体浓度。
4-2-2 电阻型气敏元件的主要特性 1.灵敏度
灵敏度是表征由于被测气体浓度变化而引起气敏元 件阻值变化的程度。 （1）灵敏度的电阻表示法
（2）灵敏度的电阻比表示法
知识点
❖电阻型气敏元件灵敏度的定义方法 结构
4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构
(2)旁热式元件
由于加热丝不与气 敏材料接触，避免了 测量回路与加热回路 之间的相互干扰。元 件性能一致性有较大 提高，机械强度也大 为改善，成为目前商 品化元件的一种主要 结构类型。
4-2-1 电阻型气敏元件的基本结构
气敏材料
氧化锡、 氧化锌材料气敏元件输出电压与温度的关系如 图9 - 1（b）所示。
由上述分析可以看出, 气敏元件工作时需要本身的温度 比环境温度高很多。因此, 气敏元件结构上, 有电阻丝加热, 结构如图9 - 2所示, 1和2是加热电பைடு நூலகம், 3和4是气敏电阻的一对 电极。
气敏元件的基本测量电路, 如图9 - 1（a）所示, 图 中EH为加热电源, EC为测量电源, 电阻中气敏电阻值 的变化引起电路中电流的变化, 输出电压（信号电压） 由电阻Ro上取出。 特别在低浓度下灵敏度高, 而高浓 度下趋于稳定值。 因此, 常用来检查可燃性气体泄漏 并报警等。
气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材
料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性 (例如电导率)发生变化。目前流行的定性模型是：原子价 控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。
金属氧化物在常温下是绝缘的, 制成半导体后却显示气 敏特性。通常器件工作在空气中, 空气中的氧和NO2 这样的 电子兼容性大的气体, 接受来自半导体材料的电子而吸附负 电荷, 结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电 子减少, 使表面电导减小, 从而使器件处于高阻状态。一旦元 件与被测还原性气体接触, 就会与吸附的氧起反应, 将被氧束 缚的电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 使元件电阻减小。
（4）气敏元件的响应时间 表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气 敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的 阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63％时为止，所需时间称为 气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号tr表示。
（5）气敏元件的加热电阻和加热功率 气敏元件一般工作在200℃以上高温。为气敏元件提供必要工
由上述分析可以看出, 气敏元件工作时需要本身的温度 比环境温度高很多。因此, 气敏元件结构上, 有电阻丝加热, 结构如图9 - 2所示, 1和2是加热电பைடு நூலகம், 3和4是气敏电阻的一对 电极。
气敏元件的基本测量电路, 如图9 - 1（a）所示, 图 中EH为加热电源, EC为测量电源, 电阻中气敏电阻值 的变化引起电路中电流的变化, 输出电压（信号电压） 由电阻Ro上取出。 特别在低浓度下灵敏度高, 而高浓 度下趋于稳定值。 因此, 常用来检查可燃性气体泄漏 并报警等。
气体敏感元件，大多是以金属氧化物半导体为基础材
料。当被测气体在该半导体表面吸附后，引起其电学特性 (例如电导率)发生变化。目前流行的定性模型是：原子价 控制模型、表面电荷层模型、晶粒间界势垒模型。
金属氧化物在常温下是绝缘的, 制成半导体后却显示气 敏特性。通常器件工作在空气中, 空气中的氧和NO2 这样的 电子兼容性大的气体, 接受来自半导体材料的电子而吸附负 电荷, 结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电 子减少, 使表面电导减小, 从而使器件处于高阻状态。一旦元 件与被测还原性气体接触, 就会与吸附的氧起反应, 将被氧束 缚的电子释放出来, 敏感膜表面电导增加, 使元件电阻减小。
（4）气敏元件的响应时间 表示在工作温度下，气敏元件对被测气体的响应速度。一般从气 敏元件与一定浓度的被测气体接触时开始计时，直到气敏元件的 阻值达到在此浓度下的稳定电阻值的63％时为止，所需时间称为 气敏元件在此浓度下的被测气体中的响应时间，通常用符号tr表示。
（5）气敏元件的加热电阻和加热功率 气敏元件一般工作在200℃以上高温。为气敏元件提供必要工
气敏材料的合成与演示文稿
该法依工艺过程的不同又可分为共沉淀法、 均相沉淀法、水解沉淀法等。
目前二十二页\总数八十五页\编于二十二点
液相法－相转移法
相转移法是在化学沉淀法的基础上发展起来的。其 基本过程是:先将沉淀制成无机胶体，再用表面活 性剂处理，然后用有机溶剂抽提，制得有机溶胶， 经脱水，脱有机溶剂即可制得纳米气敏材料。用这 种方法制备纳米气敏材料的优点是颗粒均匀、分散 好、原料回收率高。缺点是工序增加、有机溶剂消 耗较多，需注意回收。
喷雾热分解法和冷冻干燥法是将一定配比的 金属盐溶液用喷雾器分散在热的或冷的容器 表面上，然后快速蒸发，升华去掉溶剂，并 加热分解得到均匀的氧化物纳米粉。
目前二十七页\总数八十五页\编于二十二点
固相法－固相热分解法
固相热分解法是目前应用较广的气敏材料制备方法，用这 种方法制得的材料颗粒尺寸一般在10一100nm之间，具有 工艺简单，容易分离收集的优点。颗粒尺寸可通过控制灼 烧温度和时间来控制。固相热分解物的原料可以用市售的 含氧酸、铵盐、硝酸盐等，也可以用自己合成的水合物、
目前十三页\总数八十五页\编于二十二点
（2）对现有气敏材料的改性研究
SnO2, ZnO,Fe2O3为基质的半导体气敏材料仍 然是目前市场的主流，但这类材料的纳米化、 薄膜化已渐成趋势；采用表面修饰技术和掺杂 技术来改善同一基质材料对不同气体的选择性 和敏感性。
目前十四页\总数八十五页\编于二十二点
升温水解法制备气敏材料的例子较少，但。a-Fe2O3的 升温水解制备却显示了较好的应用前景。这种方法 利用升温有利于水解反应的原理，使金属离子在高 温下均匀水解，得到的产物直接是氧化物，颗粒小 而且均匀，还可以降低氧化铁的阻值并提高气体灵 敏度。
目前二十六页\总数八十五页\编于二十二点
目前二十二页\总数八十五页\编于二十二点
液相法－相转移法
相转移法是在化学沉淀法的基础上发展起来的。其 基本过程是:先将沉淀制成无机胶体，再用表面活 性剂处理，然后用有机溶剂抽提，制得有机溶胶， 经脱水，脱有机溶剂即可制得纳米气敏材料。用这 种方法制备纳米气敏材料的优点是颗粒均匀、分散 好、原料回收率高。缺点是工序增加、有机溶剂消 耗较多，需注意回收。
喷雾热分解法和冷冻干燥法是将一定配比的 金属盐溶液用喷雾器分散在热的或冷的容器 表面上，然后快速蒸发，升华去掉溶剂，并 加热分解得到均匀的氧化物纳米粉。
目前二十七页\总数八十五页\编于二十二点
固相法－固相热分解法
固相热分解法是目前应用较广的气敏材料制备方法，用这 种方法制得的材料颗粒尺寸一般在10一100nm之间，具有 工艺简单，容易分离收集的优点。颗粒尺寸可通过控制灼 烧温度和时间来控制。固相热分解物的原料可以用市售的 含氧酸、铵盐、硝酸盐等，也可以用自己合成的水合物、
目前十三页\总数八十五页\编于二十二点
（2）对现有气敏材料的改性研究
SnO2, ZnO,Fe2O3为基质的半导体气敏材料仍 然是目前市场的主流，但这类材料的纳米化、 薄膜化已渐成趋势；采用表面修饰技术和掺杂 技术来改善同一基质材料对不同气体的选择性 和敏感性。
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升温水解法制备气敏材料的例子较少，但。a-Fe2O3的 升温水解制备却显示了较好的应用前景。这种方法 利用升温有利于水解反应的原理，使金属离子在高 温下均匀水解，得到的产物直接是氧化物，颗粒小 而且均匀，还可以降低氧化铁的阻值并提高气体灵 敏度。
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气敏材料的制备及其气敏性能研究
气敏材料的制备及其气敏性能研究随着人类社会的发展，环境污染问题日益突显，如何对环境进行有效的监控和治理成为了亟待解决的问题。
其中，气体污染监测是环境监测的重要分支，而气敏材料的研究及其应用在气体污染监测方面具有重要意义。
气敏材料是一类能对某种气体或气体混合物产生敏感响应的材料，可以对气体浓度、组成等进行检测。
当前，气敏材料的种类繁多，主要包括半导体气敏材料、金属氧化物气敏材料、有机气敏材料等。
半导体气敏材料的制备通常采用溶胶-凝胶法、气相沉积法、离子束溅射法等多种方法，其中，溶胶-凝胶法由于操作简单、成本低廉、制备设备简单等优点，已成为半导体气敏材料制备的首选方法。
溶胶-凝胶法主要是将金属离子或有机物离子与适当的溶剂混合形成胶体，经过凝胶、热处理等工艺制备出气敏材料。
金属氧化物气敏材料的制备主要采用溶胶-凝胶法、物理气相沉积法、化学气相沉积法等方法。
与半导体气敏材料不同，金属氧化物气敏材料的制备通常需要高温煅烧，以提高晶体质量和敏感性。
有机气敏材料的制备主要采用溶剂聚合、原位合成、溶液法等方法，由于有机气敏材料的特殊结构以及溶液制备过程中易于控制，因此在制备过程中需要特别注意溶液粘度、聚合速率等因素。
此外，有机气敏材料的应用范围相对狭窄，多用于检测有机气体或挥发性有机化合物。
从制备过程来看，气敏材料的制备技术难度较大，需要一定的操作技能和实验经验。
另外，制备出来的气敏材料敏感性能也受到多种因素的影响，如晶体结构、纯度、晶界等。
因此，在实际应用中，需要针对具体的检测对象和检测要求进行优化和改进，以提高气敏材料的敏感性和选择性。
气敏材料的气敏性能是用来评价材料对目标气体响应的强弱及可靠性的重要指标之一。
气敏性能包括敏感度、选择性、响应时间、稳定性等指标。
其中，敏感度是评价材料检测目标气体浓度的能力，当目标气体浓度发生一定变化时，敏感度能够反映材料对浓度变化产生的响应。
选择性是评价材料检测目标气体和其他气体的区分能力，即材料对不同气体的响应差异程度。
《气敏材料能检测》课件
稳定性问题
气敏材料在长时间使用过程中可 能发生性能衰减，影响检测的准
确性。
选择性限制
不同气敏材料对不同气体的敏感度 不同，可能存在选择性限制。
成本问题
一些高性能的气敏材料制备成本较 高，限制了其广泛应用。
如何应对气敏材料的挑战
加强基础研究
深入开展气敏材料的基础研究，探索提高稳定性 和选择性的方法。
优化制备工艺
通过优化制备工艺，降低高性能气敏材料的成本 ，促进其广泛应用。
跨领域合作
加强跨领域合作，将气敏材料与传感器技术、物 联网等领域结合，拓展应用场景。
THANK YOU
疗诊断等领域得到了广泛应用。
气敏材料的未来展望
随着科技的不断发展，气敏材料将会 继续向着高灵敏度、高选择性、快速 响应和低成本的方向发展。
同时，随着人们对气体检测需求的不 断增加，气敏材料的应用领域也将不 断拓展，为人类的生产和生活提供更 加安全和便捷的保障。
新材料和新技术将会不断涌现，为气 敏材料的研发和应用提供更多的可能 性。
《气敏材料能检测》PPT课件
• 气敏材料简介 • 气敏材料的检测原理 • 气敏材料的发展历程 • 气敏材料的实际应用案例 • 气敏材料的发展趋势与挑战
01
气敏材料简介
气敏材料的定义
气敏材料
指能够感应周围环境中的气体成分、浓度、湿度等参数，并能够将相关信息转 化为可识别信号的材料。
气敏材料的原理
长时间使用可能导致性能 下降。
成本较高
部分高性能气敏材料成本 较高。
03
气敏材料的发展历程
气敏材料的起源
气敏材料的起源可以追溯到20世纪初，当时人们开始研究如何利用材料对气体进行 敏感检测。
气敏材料在长时间使用过程中可 能发生性能衰减，影响检测的准
确性。
选择性限制
不同气敏材料对不同气体的敏感度 不同，可能存在选择性限制。
成本问题
一些高性能的气敏材料制备成本较 高，限制了其广泛应用。
如何应对气敏材料的挑战
加强基础研究
深入开展气敏材料的基础研究，探索提高稳定性 和选择性的方法。
优化制备工艺
通过优化制备工艺，降低高性能气敏材料的成本 ，促进其广泛应用。
跨领域合作
加强跨领域合作，将气敏材料与传感器技术、物 联网等领域结合，拓展应用场景。
THANK YOU
疗诊断等领域得到了广泛应用。
气敏材料的未来展望
随着科技的不断发展，气敏材料将会 继续向着高灵敏度、高选择性、快速 响应和低成本的方向发展。
同时，随着人们对气体检测需求的不 断增加，气敏材料的应用领域也将不 断拓展，为人类的生产和生活提供更 加安全和便捷的保障。
新材料和新技术将会不断涌现，为气 敏材料的研发和应用提供更多的可能 性。
《气敏材料能检测》PPT课件
• 气敏材料简介 • 气敏材料的检测原理 • 气敏材料的发展历程 • 气敏材料的实际应用案例 • 气敏材料的发展趋势与挑战
01
气敏材料简介
气敏材料的定义
气敏材料
指能够感应周围环境中的气体成分、浓度、湿度等参数，并能够将相关信息转 化为可识别信号的材料。
气敏材料的原理
长时间使用可能导致性能 下降。
成本较高
部分高性能气敏材料成本 较高。
03
气敏材料的发展历程
气敏材料的起源
气敏材料的起源可以追溯到20世纪初，当时人们开始研究如何利用材料对气体进行 敏感检测。
《气敏传感器》课件
相对误差
指传感器测量值与真 实值之间的差距，较 小的相对误差表示传 感器的测量精度较高。
工作温度范围
指传感器能够正常工 作的温度范围，对应 不同应用场景需要选 择适合的工作温度范 围。
响应时间
指传感器从检测到气 体变化到输出检测结 果所需的时间，较短 的响应时间意味着传 感器更加敏捷。
气敏传感器的应用
• 空气质量监测 • 工业制程控制 • 安全监测 • 智能家居
气敏传感器的发展趋势
1 微型化
2 智能化
ห้องสมุดไป่ตู้
随着技术的进步，气敏传感器正在朝着更小、 更集成的趋势发展，以适应日益复杂的应用 场景。
借助人工智能和物联网技术，气敏传感器正 在实现智能化，能够自动分析和判断气体状 况，并提供准确的监测结果。
3 多功能化
《气敏传感器》PPT课件
本课件介绍气敏传感器的原理、分类、制备方法、性能指标、应用和未来发 展趋势，帮助你深入了解这一重要领域。
什么是气敏传感器
气敏传感器是一种可以感知气体成分、浓度或相应的物理性质的装置。通过 检测气体的变化，它可以帮助我们了解环境中的气体状况。
气敏传感器的分类
基于传感材料分类
1 薄膜制备法
通过沉积敏感材料在基底上，形成薄膜结构的制备方法。
2 溶胶凝胶法
将溶胶中的成分凝胶化，制备敏感材料的方法。
3 高压方法
利用高压技术将材料转变为具有特殊结构和性质的制备方法。
气敏传感器的性能指标
灵敏度
指传感器对气体的响 应程度，越高说明相 同浓度的气体变化能 够被传感器更好地捕 捉到。
根据传感器所使用的敏感材 料的不同，可以将气敏传感 器分为多种类型，如金属氧 化物传感器、半导体传感器 等。
功能材料课件-敏感材料
气敏陶瓷
气敏材料
材料： SnO2主要用于可燃性气体检测，如氢、甲烷、丙烷、乙醇、 丙酮、一氧化碳、煤气、天然气的检测 ZnO主要用于氢、一氧化碳、氟利昂气体 γ-Fe2O3主要用于异丁烷气体和石油液化气检测 ZrO2主要用于氧气检测，是利用氧浓度差原理 钙钛矿（ABO3）型气敏材料主要用于乙醇气体检测
气敏陶瓷
气敏材料
气敏传感器应用较广泛的是用于防灾报警，如煤 气、或有毒气体报警，也可用于对大气污染监测、CO气 体测量、酒精浓度探测等方面。
烟雾报警器
酒精传感器
二氧化碳传感器
湿敏陶瓷
湿敏电阻是一种阻值随环境相对湿度的变化而变化的敏 感元件，可将湿度的变化转变为电讯号，易于实现湿度指示、 记录和控制自动化。
压敏材料
压敏电阻材料 ZnO系压敏电阻 ZnO 压敏电阻陶瓷材料主要成分ZnO Bi2O3、Co2O3、MnO2、Cr2O3添加剂的作用大都是偏析在 晶界上形成阻挡层。
Al2O3、Sb2O3、TiO2、SiO2、B2O3 和PbO 等添加剂起 降低烧结温度和控制晶粒尺寸的作用。
压敏材料 压敏电阻材料 ZnO系压敏电阻
压敏材料
压敏电阻材料 压敏陶瓷电阻器根据所应用的电压范围可以分为： 高压压敏电阻器 中压压敏电阻器 低压压敏电阻器
其中低压压敏电阻器又分为压敏电压为4.7—22 V 的低压压敏电阻器和22—68 V 的低压、大通流容量压敏 电阻器。目前，国内外重点研究低压压敏陶瓷材料、电 容–压敏复合功能陶瓷材料以及高压压敏陶瓷材料。
气敏陶瓷
固体电解质气敏模型 固体电解质气敏机理不是靠材料中的电子或空穴导电。
而是靠气敏材料中的阳离子或阴离子导电，一般将这种传导性 称为固体电解质，如稳定性能好的ZrO2 。
气敏材料的制备及其基本性质研究
气敏材料的制备及其基本性质研究近年来，气敏材料在环保、气体传感器、医学检测以及能源领域等方面受到了广泛的应用。
因此，气敏材料的制备及其基本性质研究显得尤为重要。
本文将探讨气敏材料的制备方法以及其基本性质。
一、气敏材料的制备方法1. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种常用的制备气敏材料的方法。
它的主要原理是用溶胶形成粉末，然后通过热处理等方式干燥成凝胶。
这种方法具有简单、可控性强等优点，被广泛应用于制备金属氧化物气敏材料。
2. 气相沉积法气相沉积法是一种将气体物质沉积在固体表面上形成薄膜的方法。
这种方法制备气敏材料具有薄膜形成快、均匀性好等优点。
但是，由于气相沉积法需要高温高压，仪器设备成本较高，因此在实际应用中应根据实际情况选择制备方法。
3. 燃烧法燃烧法是一种通过燃烧气敏材料前体制备气敏材料的方法。
此种方法在制备复杂气敏体系方面具有很大优势，能够制备出高活性气敏材料，并且能够控制气敏材料的形貌和结构，提高气敏材料的性能，因此受到广泛关注。
二、气敏材料的基本性质1. 感应机理气敏材料的感应机理主要是气体与固体表面发生作用产生的电学效应。
当气体与固体表面相接触时，由于晶面缺陷、空穴、孔隙等缺陷结构的存在，气体分子易于吸附在固体表面上。
因此，气敏材料的导电性能与气体环境的存在情况有密切关系。
2. 气体选择性气敏材料的气体选择性是指它对不同气体的敏感性不同。
例如，氧化铟、氧化钒等金属氧化物通常对氧气和一氧化碳具有高敏感性，而对其他气体敏感性相对较低。
因此，在实际应用中应根据气体选择性来选择气敏材料。
3. 响应时间响应时间是指气敏材料从暴露在气体环境中开始，到表面电阻发生显著变化的时间。
响应时间是衡量气敏材料敏感性的一个重要指标，同时也是影响气敏材料应用的一个重要因素。
通常情况下，响应时间越短，气敏材料的敏感性越高。
4. 稳定性气敏材料的稳定性是指其在长时间使用过程中失效的可能性。
稳定性是气敏材料评价的一个重要指标。
《气敏陶瓷》PPT课件
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 ～ 10-1μ m,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。多孔陶瓷则
采用非致密烧结法制备之。
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12
五、气敏陶瓷的制备
常见的气敏陶瓷很多,比较典型的有氧化锡
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7
四、气敏陶瓷元件的结构及性能
➢直热式气敏陶 瓷
➢热容量小，容 易受环境气流 的影响
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四、气敏陶瓷元件的结构及性能
➢ 旁热式气敏陶瓷
➢ 灵敏度高，响应迅 速，机械强度高
➢ 产量高，成本低
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9
四、气敏陶瓷元件的结构及性能
➢ 薄膜式气敏陶瓷
➢ 制作采用蒸发或者溅 射的方法，在处理好 的石英基片上形成一 种薄层金属氧化物薄 膜，再引出电极
温度，分解温度和结晶温度等。用X射线衍射（XRD） 和电子衍射（ED）分析材料的物相和晶体结构，用透 射电子显微镜（TEM）观察材料的陶瓷微结构。
h
16
六、典型气敏陶瓷
c.分析结果 经X射线衍射分析，800℃ ZnO都是完整的多
晶体，少量SnO2的掺杂得到ZnO，ZnSnO3 （偏 锡酸锌）和Zn2SnO4（锡酸锌）三种化合物的混合 物。
经透射电镜观察ZnO都是致密的多晶体，有棒 状和颗粒状两种晶型。
经电子衍射分析，棒状结晶显示完整的四方点 阵结构，颗粒状结晶呈现完整的六方点阵结构。
说明ZnO是由完整的小单晶组成，依照沉淀剂 的不同，ZnO的微观结构略有不同。
h
17
六、典型气敏陶瓷
➢ 3. ZnO气敏陶瓷的应用 作为气敏材料，ZnO是发现最早、也是应用
《气敏陶瓷》课件
《气敏陶瓷》PPT课件
欢迎来到《气敏陶瓷》PPT课件，今天我们将一起探索什么是气敏陶瓷以及它 的结构，工作原理，应用，制备方法和发展现状。
什么是气敏陶瓷
气敏陶瓷是一类能够感应、测量和控制气体的特殊陶瓷材料。它具有高灵敏度、高稳定性和广泛的应用 领域。
气敏陶瓷的结构
材料组成
气敏陶瓷主要由金属氧化 物粉末、陶瓷粉体和稀土 元素组成。
气敏陶瓷的应用
1
气体浓度检测
气敏陶瓷广泛应用于气体浓度检测领域，如环境监测、工业安全和室内空气质量监控。
2
温度传感器
由于气敏陶瓷对温度的敏感性，它还可以被用作高精度的温度传感器。
3
液位计
通过将气敏陶瓷与液体接触，可以实现液体的准确测量和液位控制。
气敏陶瓷的制备方法
1 原料选择
2 制备工艺
制备气敏陶瓷需要选择合适的金属氧化物 粉末、陶瓷粉体和稀土元素。
微观结构
气敏陶瓷具有多孔结构， 提供了大量的表面积，使 其能够与气体进行更多的 化学反应。
电学特性
通过改变气敏陶瓷的结构 和成分，可以调节其电容、 电导率和响应时间等电学 特性。
气
气敏陶瓷根据吸附和离子反应原理，对不 同气体的浓度变化产生电学信号。
气敏陶瓷的电学特性随着气体浓度的变化 而变化，从而实现对气体的浓度测量。
常见的制备方法包括固相反应法、溶胶凝胶法和高温烧结法。
气敏陶瓷的发展现状
1 市场前景
2 研究方向
随着科技的进步和对环境监测的需求增加， 气敏陶瓷的市场前景非常广阔。
当前的研究方向包括提高气敏陶瓷的灵敏 度、稳定性和降低制备成本。
结论
气敏陶瓷是一种具有广泛应用前景和重要价值的陶瓷材料，在环境监测、工 业控制和传感器等领域发挥着重要作用。
欢迎来到《气敏陶瓷》PPT课件，今天我们将一起探索什么是气敏陶瓷以及它 的结构，工作原理，应用，制备方法和发展现状。
什么是气敏陶瓷
气敏陶瓷是一类能够感应、测量和控制气体的特殊陶瓷材料。它具有高灵敏度、高稳定性和广泛的应用 领域。
气敏陶瓷的结构
材料组成
气敏陶瓷主要由金属氧化 物粉末、陶瓷粉体和稀土 元素组成。
气敏陶瓷的应用
1
气体浓度检测
气敏陶瓷广泛应用于气体浓度检测领域，如环境监测、工业安全和室内空气质量监控。
2
温度传感器
由于气敏陶瓷对温度的敏感性，它还可以被用作高精度的温度传感器。
3
液位计
通过将气敏陶瓷与液体接触，可以实现液体的准确测量和液位控制。
气敏陶瓷的制备方法
1 原料选择
2 制备工艺
制备气敏陶瓷需要选择合适的金属氧化物 粉末、陶瓷粉体和稀土元素。
微观结构
气敏陶瓷具有多孔结构， 提供了大量的表面积，使 其能够与气体进行更多的 化学反应。
电学特性
通过改变气敏陶瓷的结构 和成分，可以调节其电容、 电导率和响应时间等电学 特性。
气
气敏陶瓷根据吸附和离子反应原理，对不 同气体的浓度变化产生电学信号。
气敏陶瓷的电学特性随着气体浓度的变化 而变化，从而实现对气体的浓度测量。
常见的制备方法包括固相反应法、溶胶凝胶法和高温烧结法。
气敏陶瓷的发展现状
1 市场前景
2 研究方向
随着科技的进步和对环境监测的需求增加， 气敏陶瓷的市场前景非常广阔。
当前的研究方向包括提高气敏陶瓷的灵敏 度、稳定性和降低制备成本。
结论
气敏陶瓷是一种具有广泛应用前景和重要价值的陶瓷材料，在环境监测、工 业控制和传感器等领域发挥着重要作用。
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图4-154 气敏电阻的结构及原理
图4-155 气敏电阻的测量电路
半导体气体传感器分类
金属氧化物半导体气体传感器
电阻式
非电阻式
有机半导体气体传感器
半导体气体传感器
SnO2, ZnO是电阻式金属氧化物半导体传 感器气敏材料的典型代表，它们兼有吸 附和催化双重效应，属于表面控制型， 但该类半导体传感器的使用温度较高， 大约200-5000C。为了进一步提高它们的 灵敏度，降低工作温度，通常向基体材 料中添加一些贵金属(如Ag, Au, Pt等)， 激活剂及粘接剂Al2O3, SiO2, ZrO2等。
该法依工艺过程的不同又可分为共沉淀 法、均相沉淀法、水解沉淀法等。
液相法－相转移法
相转移法是在化学沉淀法的基础上发展起来的。 其基本过程是:先将沉淀制成无机胶体，再用表 面活性剂处理，然后用有机溶剂抽提，制得有 机溶胶，经脱水，脱有机溶剂即可制得纳米气 敏材料。用这种方法制备纳米气敏材料的优点 是颗粒均匀、分散好、原料回收率高。缺点是 工序增加、有机溶剂消耗较多，需注意回收。
气敏材料的合成与制备
气敏材料研究背景
传感器作为人类探知自然界信息的触角，它可 将人类需要探知的非电量信息转化为可测量的 电量信息，为人类认识和控制所需对象提供了 条件和依据。作为现代信息技术核心之一的传 感技术，是本世纪人们在高新技术发展方面争 夺的一个制高点。
气体传感器是传感器领域的一个重要分支，它 是识别气体种类并将其转变为电信号的器件， 是气体定量或半定量检测，泄漏报警、控制等 的理想探头。气体传感器可以是单功能的，也 可以是多功能的;可以是单一的构件，也可以 是许多传感器的组合阵列。
相转移法的工艺影响因素有:成胶pH值、表面 活性剂类型与浓度、有机溶剂类型与配比、金 属盐的类型等。
（2）对现有气敏材料的改性研究
SnO2, ZnO,Fe2O3为基质的半导体气敏材 料仍然是目前市场的主流，但这类材料的 纳米化、薄膜化已渐成趋势；采用表面修 饰技术和掺杂技术来改善同一基质材料对 不同气体的选择性和敏感性。
（3）开发元件的高稳定化方法
电阻式半导体气体传感器的气敏元件一般 暴露在大气中及加热元件的电压值决定了 气敏元件的工作温度，如何消除湿度和温 度等环境因素对测量的影响还未得到很好 的解决。
通过添加不同的添加剂还能改善气体传感器的选 择性，在ZnO中添加Ag能提高对可燃性气体的灵 敏度，加入V2O5能使其对氟里昂更加敏感，加入 Ga2O3能提高对烷烃的灵敏度。
研究重点
（1）智能化
近年来采用薄膜技术和集成电路技术把 加热元件、温度传感器、叉指电极、气 体敏感膜集成在硅衬底上制成的传感器， 不仅灵敏度比常规多晶膜传感器高得多， 并且结构简单、制作方便，还可以根据 被测气体选择不同的敏感膜，使得该类 传感器成为很有发展前景的新型半导体 气体传感器。
图4-156 热导式气敏传感器 a）结构 b）测量电路
电化学气敏传感器一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电 解质，其输出形式可以是气体 直接氧化或还原产生的电流， 也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。
半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用 简单的特点，应用极其广泛；半导体气敏元件有N型和P型之 分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随 气体浓度的增大而增大。
（6）气体传感器敏感机理的研究
新的气敏材料和新型传感器层出不穷，需 要在理论上对它们的传感机理进行深入研 究。传感机理一旦明确，设计者便可有据 可依地针对传感器的不足之处加以改进， 这必将推动气敏材料和气体传感器的进一 步发展，也将大大促进气体传感器的产业 化进程。
半导体气敏材料的制备技术
例如对于含量在1X10-5数量级的H2S气体，添加1 % ZrO2的SnO2气体传感器与未添加ZrO2的元件相 比，灵敏度增加约50倍左右；
在SnO2中添加Pt能明显提高响应时间； 采用粉末溅射技术制备的表面层掺杂SnO2/SnO2 :
Pt双层膜材料气体传感器用来检测CO的浓度，发 现可降低工作温度，在室温~200℃内均显示出较 高的灵敏度；
气体传器主要应用领域
理想气体传感器的特点
目前存在的问题
可靠性 长期稳定性 选择性 被测气体种类 寿命
半导体气体传感器分类
常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器 和半导体气敏传感器等。
接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可 表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电 流，保持300℃～400℃的高温，此时若与可燃性气体接 触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此，铂 丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的 电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。
半导体气敏材料主要利用材料的表面吸 附和表面效应而引起自身物理量的变化 来进行检测。
气敏材料的纳米化是提高半导体气体传 感器性能的主要手段之一，通过控制材 料的颗粒尺寸可控制材料的气体敏感程 度。
根据制备原料的状态可分为液相法、固 相法和气相法。
半导体气敏材料的制备技术
液相法－化学沉淀法
化学沉淀法是利用各种在水中溶解的物 质，预先制成含目标化合物金属离子的 盐溶液，在适当的条件(酸度、浓度、温 度等)下，选择适宜的共沉淀剂反应形成 不溶物，沉淀洗涤后，再经热处理制得 所需的金属氧化物或复合氧化物粉体。
（4）新型气敏材料的探索与开发
由于金属复合氧化物和混合金属氧化物 新材料具有更高的稳定性和选择性，所 以对这类新材料的开发和研制成为半导 体气体传感器的开发热点。
（5）开发新型气体传感器
根据气体与气敏材料可能产生的不同效应 设计出新型气体传感器是气体传感器未来 发展的重要方向和后劲。近年来表面声波 气体传感器、光学式气体传感器、石英谐 振式气体传感器己有不少研究报导。目前 仿生气体传感器也在研究中。警犬的鼻子 就是一种灵敏度和选择性都非常好的理想 气敏传感器，结合仿生学和传感器技术研 究类似狗鼻子的“电子鼻”将是气体传感 器发展的重要趋势和目标之一。