最新气敏陶瓷2剖析教学讲义ppt.ppt

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1、气敏陶瓷2剖析目录一发展气敏陶瓷的必要性二气敏陶瓷的定义三气敏陶瓷的分类四气敏陶瓷的结构及性能五气敏陶瓷的制备六典型的气敏陶瓷七气敏陶瓷的应用八气敏陶瓷的发展前景一、为什么要发展气敏陶瓷畜牧业温室气体的检测随着现代科学技术的发展，人们所用的和接触到的气体越来越多，因此要求对这些气体的成分进行分析，检测及报警的领域也日益扩大。尤其是易燃易爆，有毒的气体，不仅直接与人们的生命财产有关，而且危及到人类生存的大气环境，所以必须要对这些气体进行严密检测，避免火灾，爆炸及大气污染等事故的发生。突发中毒事件四、气敏陶瓷元件的结构及性能1.具有物理和化学的稳定性因为在利用半导体陶瓷元件进行气体检测时，气体

2、在半导体上的吸附必须迅速。但一般的吸附在常温下比较缓慢，至少在100摄氏度以上才会有足够大的吸脱速度，为了保证元件的灵敏度，必须要求元件在比较高的温度下工作。由于在较高温度下长期暴露在氧化性或还原性气氛中，所以需要有物理化学稳定性。2.气体选择特性3.初始稳定，气敏响应和复原特性4.灵敏度及长期稳定性5.初始电阻四、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

3、电极四、气敏陶瓷元件的结构及性能厚膜式气敏陶瓷将二氧化锡和氧化锌等材料与3~15%重量的硅凝胶混合制成能印刷的厚膜胶，具有一致性好，机械强度高的优点五、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),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10-2～10-1μm,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。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系、氧化锌系、氧化铁系等。SnO2

4、气敏陶瓷为目前应用最广者,它是以SnO2为基材,掺杂Pd、Lr（铑）、Ga(镓）、CeO2（二氧化铈）等活性物质以提高其灵敏度。另外可添加Al2O3、Sb2O3、MgO、CaO和PdO等添加物以改善其烧结、老化及吸附等特性。SnO2气敏陶瓷对可燃性气体,如氢、甲烷、丙烷、乙醇、丙酮、一氧化碳、城市煤气、天然气都有较高的灵敏度。五、气敏陶瓷的制备ZnO也是很重要的气敏陶瓷材料,其最突出的优点是气体选择性强。掺以Pt和Pd催化剂后,可提高其灵敏度。掺Pt后对丁烷和丙烷等气体的灵敏度高,而掺Pd的ZnO对氢和CO的灵敏度高。ZnO与VMoAl2O3催化剂组合后,检测氟利昂气体的灵敏度比一般的气敏

5、传感器要高。但长期使用后,催化剂层将发生变化,连续使用400h后会逐渐退化,灵敏度开始降低。不用催化剂的ZnO传感器对氟利昂气体的灵敏度很低六、典型气敏陶瓷ZnO系气敏陶瓷1.ZnO气敏陶瓷的结构及功能a.材料的结构ZnO是一种n型半导体材料，具有六方晶系的纤锌矿结构。同SnO2一样禁带（在能带结构中能态密度为零的能量区间）较宽，为3.4eV。b.材料的功能ZnO具有多种多样的功能，例如：半导体性，压电性，萤光性和光电效应等。六、典型气敏陶瓷2.ZnO气敏陶瓷的制备和分析a.材料的制备分析纯的ZnSO4·7H2O用蒸馏水溶解后，分别加入适量的氨水，草酸铵，碳酸钠和尿素溶液，充分搅拌，静置，

6、洗涤干净后抽滤，将得到的沉淀在110℃干燥，再分别置于500℃和800℃热处理即可制得。b.材料分析用差热-热重分析法（DAT-TG）确定沉淀物的失水温度，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。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

7、。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。六、典型气敏陶瓷六、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、也是应用最多的氧化物之一。由于ZnO的物理化学性质稳定，ZnO系半导体气敏器件的工作温度略显偏高，一般为400~500℃。在ZnO中掺入Pd，Pt和稀土等，既改善了ZnO的选择性，也提高了气体灵敏度，为此可将ZnO陶瓷制成具有高灵敏性的气敏元件。此外，ZnO