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氣敏陶瓷
閱讀�5483�(shí)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(duì)許多氣體反映十分靈敏,可�(yīng)用于氣敏檢漏儀等裝置�(jìn)行自�(dòng)�(bào)警。在生活�,它是應(yīng)用越�(lái)越多,可保障人們的生命�(cái)�(chǎn)�

由來(lái)

  人�?cè)谘兄圃囼?yàn)各種陶瓷�(shí),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(cè)氫氣、氧�、乙烯和丙烯氣體;以鉑作催化劑時(shí)可檢�(cè)乙烷和丙烷等烷烴類可燃性氣�;氧化錫氣敏材料可檢�(cè)甲烷、乙烷等可燃性氣�。氧化銥系材料是�(cè)氧分壓最常用的敏感材料�

  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(guò)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�?dú)怏w及其濃度。目前探�(cè)諸如一氧化�、酒精、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)用前景。如�(duì)煤礦開采中的瓦斯�(jìn)行控制與檢測(cè),對(duì)煤氣輸送和化工生產(chǎn)中管道氣體泄漏�(jìn)行監(jiān)�(cè)��

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)型、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(jī)理主要有能級(jí)生成理論和接觸粒界勢(shì)壘理�。按能級(jí)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(shí),氣體將電子給予半導(dǎo)�,并以正電荷與半�(dǎo)體相吸,而�(jìn)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(shí),氣體將其空穴給予半�(dǎo)�,并以負(fù)離子形式與半�(dǎo)體相�� 而�(jìn)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,因而陶瓷電阻值增大。接觸粒界勢(shì)壘理論則依據(jù)多晶半導(dǎo)體能帶模�,在多晶界面存在�(shì)�,當(dāng)界面存在氧化性氣體時(shí)�(shì)壘增加,存在還原性氣體時(shí)�(shì)壘降�,從而導(dǎo)致阻值變化�

  常用的氣敏陶瓷材料有SnO2、ZnO和ZrO2。SnO2氣敏陶瓷的特�(diǎn)是靈敏度�,且出現(xiàn)靈敏度的溫度Tm較低(約300℃),最適于檢測(cè)微量濃度氣體,對(duì)氣體的檢�(cè)是可逆的,吸�、解析時(shí)間短。ZnO氣敏陶瓷的氣體選擇性強(qiáng)。ZrO2系氧氣敏感陶瓷是一種固體電解質(zhì)陶瓷的快離子�(dǎo)體。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�(lái)�,半�(dǎo)體氣敏陶瓷元件的靈敏度高,有利于�(shí)�(xiàn)快�,連續(xù)及自�(dòng)�(cè)�,結(jié)�(gòu)及工藝簡(jiǎn)�、方�、價(jià)�。缺�(diǎn)是穩(wěn)定�、互換性不�,對(duì)不同氣體分辨力差,在低溫,常溫條件下工作�(wèn)題還有待.�(jìn)一步解�,不易實(shí)�(xiàn)定量檢測(cè)�。要解決�(xiàn)存問(wèn)題需要從以下幾�(gè)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�。必須�(jìn)一步深入地開展�(duì)上述各項(xiàng)的研究,才能從新的理論基�(chǔ)上探討解決氣敏半�(dǎo)體陶瓷材料各種性能�(wèn)��

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

  (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?,小、輕、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)�(jì)。具體吸附原理為:當(dāng)吸附還原性氣體時(shí),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�。�(jìn)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(shí)際上是加�(qiáng)了自由電子形成電流的能力,因而元件的電阻值減�。與此相反,若n型半�(dǎo)體元件吸附氧化性氣�,氣體將以負(fù)離子形式吸附著,而將其空穴給予半�(dǎo)�,結(jié)果是使導(dǎo)電電子數(shù)目減少,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(shí),由于水分子是一種強(qiáng)極性分�,其分子�(jié)�(gòu)不不�(duì)稱。由于水分子不對(duì)�,在氫原子一�(cè)必然具有很強(qiáng)的正電場(chǎng),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�,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�(gè)元件的電阻變��

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