传感器敏感材料发展动态报告

1、 专业科目学习报告报告题目： 作者姓名：专业名称： 班 级： 指导老师： 提交日期： 年 月传感器敏感感材料发发展动态态报告第一章：传传感器概概述及发发展一、传感器器简介： 人体为为从外界界获取信信息，必必须借助助于感觉觉器官，但但是单靠靠人们自自身的感感觉器官官，在研研究自然然现象和和规律以以及生活活中他们们的功能能是远远远不够的的。为适适应这种种情况，就就需要传传感器。因因此可以以说，传传感器是是人类五五官的延延长，又又称之为为“电五官官”，工程上上也将其其称为“变换器器”。根据我国国国标（GGB7666587），传传感器的的定义为为：“能感受受规定的的被测量量并按照照一定规规律转换换成可

2、用用输出信信号的器器件或装装置。”其实我我们也可可理解为为：“传感器器是一种种以一定定精确度度把被测测量转换换为与之之有确定定对应关关系的、便便于应用用的某种种物理量量的测量量装置。”这一定义所表示的传感器的主要内涵如下：传感器是测测量装置置，能完完成检测测任务。从从其输入入端来看看，一个个指定的的传感器器只能感感受规定定的被测测量，及及传感器器对对定定的物理理量具有有最大的的灵敏度度和最好好的选择择型。从传感器的的输出端端来看，它它的输出出量是某某一被测测量，可可能是物物理量，也也可能是是化学量量、生物物量等传感器的输输出量是是某种物物理量。这这种量便便于传输输、转换换、处理理、显示示等等。

3、这这种量可可以是气气、光、电电量，但但主要是是电量。从输入和输输出关系系看，它它们之间间具有对对应关系系，且具具有一定定的精确确程度。可可以用确确定的数数学模型型来描述述，也就就是具有有确定规规律的静静态特性性和动态态特性。传感器一般般由敏感感元件、变变换元件件、信号号调理电电路三部部分组成成，有时时还需外外加辅助助电源提提供转换换能量。其其基本功功能是检检测信号号和信号号转换。传感器的组组成框图图如下：有些传感器器的不需需要转换换元件（如如压电式式加速度度传感器器）而有有的传感感器转换换元件不不止一个个，要经经过若干干次转换换。二、传感器器的分类类： 传感器器是知识识密集、技技术密集集的行业

4、业，它与与许多学学科有关关，种类类十分繁繁多想要要很好地地掌握它它、应用用它，需需要一个个科学的的分类方方法：按传感器的的工作机机理，可可分为物物理型、化化学型、生生物型等等。按信号变换换特征可可分为：结构型型、物性型型。结构构型主要要是通过过传感器器结构参参量的变变化实现现信号变变换的；物性型型是利用用敏感元元件材料料本身物物理属性性的变化化来实现现信号变变换。按能量关系系分类：能量转转换型、能能量控制制型。能能量转换换型是传传感器直直接有被被测对象象输入能能量使其其工作；能量控控制型则则是传感感器从外外部获得得能量使使其工作作，由被被测量的的变化控控制外部部供给能能量的变变化。按物理原理理

5、分类：电参量量式传感感器、磁磁电式传传感器、压压电式传传感器、气气电式传传感器、光光电式传传感器、热热电式传传感器、波波式传感感器、射射线式传传感器、半半导体式式传感器器及其它它原理的的传感器器。有些些传感器器的工作作原理具具有两种种以上的的原理复复合形式式。按照传感器器的用途途也可分分为：位位移传感感器、压压力传感感器、振振动传感感器、温温度传感感器等等等。除了以上分分类还可可根据输输出是模模拟信号号还是数数字信号号，可分分为模拟拟传感器器和数字字传感器器。还可可根据转转换过程程是否可可逆，可可分为双双向传感感器和单单向传感感器等。各种传感器器由于原原理、结结构不同同，使用用环境、条条件、目

6、目的不同同，其技技术指标标也不可可能相同同。但有有一些要要求却基基本上是是相同的的：1、可可靠性，22、静态态精度，33、动态态性能，44、量程程，5抗抗干扰能能力，66、通用用性，77、轮廓廓尺度，88、成本本，9、能能耗，110、对对被测对对象的影影响等。三、传感器器的发展展：传感器产业业是国内内外公认认的具有有发展前前途的高高技术产产业，它它以技术术含量高高、经济济效益好好、渗透透能力强强、市场场前景广广等特点点为世人人瞩目。其其应用领领域涉及及机械制制造、工工业过程程控制、汽汽车电子子产品、通通信电子子产品、消消费电子子产品和和专用设设备等。世世界上传传感器品品种达到到3万余余种，美美

7、、日、英英、法、德德和独联联体等国国都把传传感器技技术列为为国家重重点开发发的关键键技术之之一。 当今世世界传感感、通信信、计算算机技术术构成现现代信息息的三大大基础，880年代代是个人人计算机机，900年代是是计算机机网络，预预计211世纪第第一个110年热热点很可可能是传传感、执执行与检检测。传传感器的的作用主主要是获获取信息息、是信信息技术术的源头头。在信信息时代代里，随随着各种种系统的的自动化化程度和和复杂性性的增加加。需要要获取的的信息量量越来越越多，不不仅对传传感器的的精度、可可靠性和和响应要要求越来来越高，还还要求传传感器有有标准输输出形式式以便和和系统联联接。显显然传统统的传感

8、感器因其其功能差差，体积积大很难难满足要要求。发发展高性性能的、以以硅材料料为主的的各种先先进传感感器已成成为必然然。如谐谐振式、电电容式、光光电式和和场效应应化学传传感器等等。尽管管它们的的敏感机机理不同同，但其其总的共共同特点点是向微微型化、智智能化方方向发展展。近年年来，微微电子、微微机械、新新材料、新新工艺的的发展与与计算机机、通信信技术的的结合创创造出新新一代的的传感器器与检测测系统。而传感器的发展主要是微传感器和智能化传感器的发展。传感器的发发展动向向主要包包括以下下几点：1、提高微微传感器器的性能能。改善善和提高高微传感感器的性性能是今今后的主主要努力力方向之之一。22、微传传感

9、器的的集成。硅硅微传感感器和微微电子系系统以及及微执行行器很可可能全部部制造在在一个芯芯片上形形成单片片集成，构构成一个个闭环系系统。33、阵列列化。利利用同类类传感器器阵列，可可使原本本用单一一传感器器测量的的不可靠靠的功能能装置成成为可靠靠的功能能装置。不不同类型型的微传传感器组组成阵列列，可获获得一个个功能优优良的控控制单元元，如在在发动机机中，可可把气体体压力、温温度和湿湿度传感感器制成成一个阵阵列单元元，用以以控制并并得到理理想的空空气流和和空气燃油比比，以实实现最佳佳的燃烧烧过程。4、分布式单元和智能结构具有预期的、自我监测功能的构件称为智能结构(或材料)。如把MEMS(微机械电子

10、系统)；阵列单元(微传感器，微执行器+专业集成电路)嵌人飞机机冀中，便可连续地对机翼振动、应力和结构完好性等多种状态实施监测和处理第二章：传传感器敏敏感材料料概况及及发展：一、传感器器敏感材材料介绍绍：传感器在现现代科学学技术中中的应用用越来越越广泛，用用来制造造传感器器的敏感感材料的的研究与与应用开开发也越越来越被被人们所所重视。传传感器敏敏感材料料担负着着传感的的任务，其其主要作作用是感感知环境境变化（包包括压力力、应力力、温度度、电磁磁场、PPH值等等）。常常用敏感感材料如如形状记记忆材料料、压电电材料、光光纤材料料、磁致致伸缩材材料、电电致变色色材料、电电流变体体、磁流流变体和和液晶材

11、材料等。二、传感器器敏感材材料分类类及运用用：传感器敏感感材料种种类很多多，按材材料分类类可分为为金属功功能材料料、半导导体材料料、陶瓷瓷功能材材料、高高分子功功能材料料和复合合功能材材料等。1、|金属属功能材材料：人们利用金金属功能能材料具具有传导导信息、储储存或记记录、转转化或变变换能量量的特性性，设计计制造了了多种传传感器。量量大面广广的有磁磁性材料料、弹性性材料、热热电偶材材料、热热敏电阻阻材料、应应变电阻阻合金、形形状记忆忆合金等等。在传传感器技技术中，近近年来由由磁体构构成的传传感器发发展很快快。在各各种马达达旋转编编码器、防防盗保密密传感器器、座标标传感器器等方面面，正在在由光电

12、电式、微微波电磁磁式向磁磁体式转转移。以以磁头为为代表的的磁场传传感器(磁强计计)、电电流传感感器等正正在向非非晶态磁磁传感方方向发展展。非晶晶态磁传传感器具具有高灵灵敏度、高高稳定性性和可靠靠性以及及微型轻轻量化特特点。磁磁阻薄膜膜(FeeNi、NNICoo)制成成的各种种传感器器已广泛泛应用于于角度、位位移、磁磁场等检检测。金金属磁粉粉用于磁磁记录及及磁卡上上的研究究在我国国也有新新的发展展。热敏敏铁氧体体和热敏敏磁性液液体制成成磁性温温度传感感器已在在家用电电器、汽汽车、复复印机等等机电产产品中广广泛应用用.高磁磁能积的的稀土永永磁和NNdFeeB永磁磁及其粘粘结永磁磁的迅猛猛发展，为为

13、永磁材材料传感感器的小小型、集集成化提提供了条条件。化化工、石石油、冶冶金、原原子能等等工业的的发展，对对耐腐蚀蚀的弹性性敏感元元件提出出了苛刻刻要求。非非晶态合合金、高高纯不锈锈钢的问问世以及及表面镀镀层、离离子注人人、离子子镀掺和和激光处处理等表表面技术术在耐蚀蚀合金中中的应用用，开辟辟了耐蚀蚀弹性合合金的新新篇章。2、半导体体材料半导体材料料最主要要的特点点是对温温度、光光、电、磁磁、各种种气体及及压力等等外界因因素具有有敏感特特性，是是制造磁磁敏、热热敏、光光敏、力力敏、气气敏、离离子敏等等传感器器件的主主要材料料。近220年来来，人们们为了得得到某种种敏感器器件而制制备出具具有相应应

14、功能的的新型半半导体材材料，如如DI一一V族和和n一砚砚族等化化合物半半导体材材料;利利用超晶晶格结构构材料的的制备技技术研制制出禁带带宽度可可控的新新功能材材料等。在在精细加加工技术术方面，随随着分子子束外延延(MBBE)、金金属有机机物化学学气相淀淀积(MMOCVVD)和和化学束束外延(CBEE)等先先进技术术和设备备不断完完善，促促进了半半导体超超薄膜层层微结构构材料的的迅速发发展，不不仅推动动了半导导体材料料科学和和半导体体物理学学的进步步，而且且以全新新的设计计思想，使使微电子子和光电电子器件件的设计计从传统统的“杂质工工程”发展到到“能带工工程”，出现现了以“电子特特性和光光学特性

15、性的剪裁裁”为特点点的新发发展趋势势，是半半导体科科学的一一次重大大突破。超超薄层微微结构材材料主要要是指异异质结构构、超晶晶格量子子阱等。3、敏感陶陶瓷材料料敏感陶瓷的的种类很很多，应应用亦广广泛。按按其特性性，一般般包括热热敏陶瓷瓷、压敏敏陶瓷、湿湿敏陶瓷瓷、气敏敏陶瓷和和光敏陶陶瓷等。最最近几年年，人们们为改善善陶瓷传传感器的的性能，深深人研究究制备敏敏感陶瓷瓷的新工工艺，探探讨不同同添加剂剂对敏感感陶瓷的的影响。此外，陶陶瓷智能能性结构构材料，既既具有传传感功能能，又有有像介电电元件那那样的执执行功能能。还有有用某些些陶瓷制制造出具具有感知知、执行行(转换换)和初初步的信信息处理理功能

16、的的电子器器件。4、高分子子功能材材料：与比较成熟熟的金属属功能材材料、半半导体材材料和敏敏感陶瓷瓷材料相相比，高高分子功功能材料料属后起起之秀.高分子子功能材材料能把把大多数数非电信信号转变变成电信信号.用用高分子子功能材材料制造造的光传传感器、红红外线传传感器、声声波传感感器、压压力传感感器、湿湿度传感感器、气气体传感感器、酶酶传感器器等已实实用化。由由于高分分子材料料易加工工成柔韧韧的薄膜膜，所以以薄膜传传感器得得到了很很快发展展.当前前，高分分子功能能材料正正在向着着高性能能、多功功能和新新功能的的方向发发展.导导电高分分子材料料是近年年来高分分子功能能材料的的研究开开发热点点，被广广

17、泛应用用于光电电、热电电、压电电等器件件及充电电电池、电电致变色色元件(ECDD)等领领域.5、复合功功能材料料材料复合技技术发展展较快。从从双层到到多层的的复合，它它可以克克服单层层材料的的某些弱弱点，发发挥单层层材料的的各自的的长处。复复合功能能材料包包括金属属系复合合功能材材料、陶陶瓷系复复合材料料、高分分子系复复合功能能材料以以及金属属与高分分子、金金属与陶陶瓷、陶陶瓷与高高分子材材料间的的复合。复复合功能能材料的的发展对对各种敏敏感器的的研究与与开发有有着深远远影响。除上述材料料外，光光纤、薄薄膜、微微细粉、浆浆料等敏敏感材料料，近几几年也发发展较快快。三、传感器器敏感材材料的发发展

18、趋势势：从我国当今今的传感感器行业业发展来来看，我我国敏感感元器件件与传感感器行业业的企事事业单位位共有116888家，其其中：高高等院校校1033家(占占6.11%)，研研究所3334家家(占119.88%)，工工厂8553家(占500.5%)，公公司3998家(占233.6%)。研研制生产产综合实实力较强强的单位位约占总总数的110%，且且已涌现现出十几几家排头头兵企业业。目前前，在研研究开发发方面，我我国敏感感元器件件与传感感器的研研制领域域已基本本与国外外相当，已已建立了了一支具具有较强强实力的的传感器器技术科科技攻关关骨干队队伍。可可见传感感器敏感感元件的的发展相相当之快快。从近几年

19、前前的形势势看敏感感元件与与传感器器发展的的发展趋趋势和特特点：(1)敏感材材料和传传感器的的小型小小、集成成化、智智能化是是发展的的主要趋趋势。(2)微电子子和微加加工技术术是实现现小型化化、集成成化、智智能化的的关键。(3)多学科科交叉是是促进本本学科快快速发展展的重要要前提。(4)对市场场的关注注是学科科发展的的重要外外部因素素。四、研究领领域和发发展： 根据据我国当当前国情情和传感感器的市市场需求求及国外外传感器器的发展展趋势，我我国对传传感器的的研究开开发和生生产重点点为以下下几个方方面：11.微电电子机械械系统(MEMMS):重点开开发微米米级产品品，实现现微机械械与ICC集成兼兼

20、备的微微系统，逐逐步建立立MEMMS工程程学；在在工业方方面着重重开发用用于微小小卫星、民民用飞行行器的微微传感器器、车辆辆与安全全监测传传感器等等；在医医学生产产领域中中，重点点开发微微型智能能探测仪仪、微型型局部诊诊治仪以以及多种种实时的的微传感感器和微微检测仪仪等。22.工业业过程控控制传感感器：重重点开发发新型压压力、温温度、流流量、距距离等智智能传感感器和工工业化标标准接口口和具有有协议功功能的传传感器；3.设设施农业业用传感感器：重重点开发发设施农农业(又又称工厂厂化农业业)用的的温度、湿湿度、土土壤干燥燥度、土土壤养分分、光照照度以及及CO22等传感感器；44.环保保传感器器：重

21、点点开发水水质检测测、大气气污染和和工业排排污测控控传感器器；5.医疗卫卫生与食食品检测测传感器器：重点点开发诊诊治各种种疾病的的生物和和化学传传感器、食食品发酵酵和酶传传感器；6.汽汽车传感感器：重重点开发发电喷系系统、空空调排污污和自动动驾驶传传感器。第三章：个个人总结结及看法法：随着科技的的不断发发展，社社会的生生产方式式和生活活方式发发生了很很大的变变化。在在现代社社会中，信信息的重重要性越越来越大大。因此此，作为为捕获、传传输、处处理和显显示信息息的有力力工具，电电子技术术必将得得到更快快和更大大的发展展。从整整体上说说，体现现电子技技术水平平的，是是电子整整机及其其系统的的功能、质

22、质量和成成本。现现代电子子整机的的功能正正在迅速速走向多多样化和和精密化化；其质质量也有有了很大大的提高高，这表表现在可可靠性高高、功耗耗少、信信噪比高高、所显显示的声声、像清清晰和失失真小。为为了达到到低成本本，现代代电子整整机的生生产已在在低耗（材材料和能能源）下下高速自自动的大大规模化化。传感器敏感感材料也也是电子子材料中中重要的的一部分分，我们们知道传传感器的的敏感材材料主要要由金属属功能材材料、半半导体材材料、敏敏感陶瓷瓷材料、高高分子功功能材料料、复合合功能材材料等制制作。可可见要想想发展传传感器敏敏感材料料必须有有以上那那些新材材料的发发展为基基础，新材材料是指指那些新新近发展展

23、或正在在发展的的、具有有优异性性能的材材料。材材料是工工业的基基础，是是技术进进步的关关键，现现代新兴兴技术的的兴起是是以新材材料为支支柱的，有有的甚至至以新材材料的出出现为先先导。没没有新材材料，便便没有电电子计算算机技术术，没有有当前迅迅速发展展的光通通信技术术，没有有今天的的太空技技术。因因此，有有些专家家指出，现现代化工工业的骨骨头是材材料，血血液是能能源。日日本则把把能源、材材料和信信息誉为为现代文文明的三三大支柱柱。综合合世界各各国新材材料技术术的发展展情况，新新材料大大致可分分为信息息材料、能能源材料料、高分分子有机机合成材材料、复复合材料料和新型型金属材材料。发展新材料料是全球球的趋势势。业内内人士建建议我国国要突出出重点，强强化投资资，加快快发展力力度、速速度，重重点发展展六大材材料。11、电子子材料、22、复合合材料、33陶瓷材材料、44、玻璃璃材料、55、高分分子材料料、6、新新型金属属材料。近年来，我我国材料料科