课程演讲-气敏陶瓷

气敏陶瓷学生：粟泽龙专业：建材学

号：20140902059老师：刘施峰陶瓷材料学目录一二三四五研究背景典型气敏陶瓷结构、性能及机理展望文献赏析一、气敏陶瓷研究意义

随着现代工业的高速发展和人们生活水平的显著提高，人们使用和接触的气体越来越多，而那些易燃、易爆、有毒气体和废气不仅威胁到人们的生命财产，而且还直接影响到人类的生存环境。因此，有效地对这些气体进行检测、监控和报警乃成为迫切的任务。●畜牧业温室气体●突发中毒事件●易燃易爆气体开采

一、气敏陶瓷的分类及结构材料的成分分类：SnO2、ZnO、Fe2O3等效应分类：表面效应、体效应制造方法和结构型式分类：烧结型、厚膜型、薄膜型气敏陶瓷大致可分为半导体式、固体电解质式和接触燃烧式三种。一、气敏陶瓷的分类及结构图1各种半导体气敏陶瓷一、气敏陶瓷的分类及结构◆固体电解质是一类介于固体和液体之间的奇特固体材料，其主要特征是它的离子具有类似于液体电解质的快速迁移特性，如ZrO2氧敏陶瓷，K2SO4、Na2SO4等碱金属硫酸盐等。◆接触燃烧式气敏陶瓷用铂金丝作母线，表面用陶瓷涂层、触媒材料、防晶粒生长材料以及防触媒中毒材料等涂层所制成。二、气敏陶瓷的特性◆物理和化学稳定性好；◆具有好的气体选择性；◆气体响应灵敏度高，响应速度快；◆气敏元件的稳定性和复原性好；◆抗老化性和抗毒性好；◆气敏元件的工作温度合适。三、气敏陶瓷的机理

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低浓度气体的。半导体表面吸附气体分子时，其电导率将随半导体类型和气体分子种类的不同而变化。

气体吸附一般分物理吸附和化学吸附两大类，在一般情况下，物理吸附和化学吸附同时存在。

常温下物理吸附是吸附的主要形式，随着温度的升高，化学吸附增加，至某一温度达到最大值。超过最大值后，气体解吸的几率增加，物理吸附和化学吸附同时减少。三、气敏陶瓷的机理吸附气体（1）氧化性气体：具有阴离子吸附性质的气体称为氧化性(或电子受容性)气体，如O2、NOx等。（2）还原性气体：具有阳离子吸附性质的气体称为还原性(或电子供出性)气体，如H2、CO、乙醇等。◆氧化性气体吸附于n型半导体气敏材料；（n型半导体：也称为电子型半导体。N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体）◆还原性气体吸附于p型半导体气敏材料；（p型半导体：也称为空穴型半导体。P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体）四、气敏陶瓷的制备

气敏陶瓷薄膜的厚度一般为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；多孔陶瓷采用非致密烧结法制备。五、典型半导体气敏陶瓷●

SnO2系气敏陶瓷●

ZnO系气敏陶瓷●

Fe2O3系气敏陶瓷五、典型半导体气敏陶瓷1、SnO2系气敏陶瓷SnO2气敏陶瓷是最常用的气敏半导体陶瓷，是以SnO2为基材，加入催化剂、黏结剂等，按照常规的陶瓷工艺方法制成的。SnO2粉料越细，比表面积越大，对被测气体越敏感。◆制造高分散的SnO2超细粉料的方法有锡酸盐分解法、金属锡燃烧法、等离子体反应法及化学共沉淀物热分解法等。◆SnO2系气敏陶瓷所用添加剂多为半导体添加剂（Sb2O3、V2O5、MgO、PbO、CaO等）。五、典型半导体气敏陶瓷SnO2系气敏陶瓷制造的气敏元件有如下特点：◆灵敏度高，出现最高灵敏度的温度较低，约在300℃；◆元件阻值变化与气体浓度成指数关系，在低浓度范围，这种变化十分明显，非常适用于对低浓度气体的检测；◆对气体的检测是可逆的，而且吸附、解吸时间短；◆气体检测不需复杂设备，待测气体可通过气敏元件电阻值的变化直接转化为信号，且阻值变化大，可用简单电路实现自动测量；◆物理化学稳定性好，耐腐蚀，寿命长；◆结构简单，成本低，可靠性高，耐振动和抗冲击性能好。五、典型半导体气敏陶瓷SnO2系气敏陶瓷的应用：◆利用SnO2烧结体吸附还原气体时电阻减少的特性来检测还原气体，已广泛应用于家用石油液化气的漏气报警、生产用探测报警器和自动排风扇等。◆SnO2系气敏元件对酒精和CO特别敏感，广泛用于CO报警和工作环境的空气监测等。

已进入实用的SnO2系气敏元件对于可燃性气体，例如H2、CO、甲烷、丙烷、乙醇、酮或芳香族气体等，具有同样程度的灵敏度，因而SnO2气敏元件对不同气体的选择性就较差。五、典型半导体气敏陶瓷2、ZnO系气敏陶瓷

ZnO系气敏陶瓷元件最突出的优点是气体选择性强，一般加入适量的贵金属催化剂来提高陶瓷元件的灵敏度。

ZnO气敏元件对异丁烷、丙烷、乙烷等碳氢化合物有较高灵敏度，碳氢化合物中碳元素数目越大灵敏度越高。◆掺Pd的氧化锌气敏陶瓷元件对H2、CO灵敏度较高，对碳氢化合物灵敏度较差。◆掺Ag的氧化锌气敏陶瓷元件对乙醇、苯和煤气较灵敏，且成本也较低。五、典型半导体气敏陶瓷ZnO系气敏陶瓷气敏元件的特点：氧化锌气敏陶瓷元件的结构与二氧化锡的不同，可以把它做成双层，将半导体元件与催化物分离，这样可以更换催化剂来提高元件的气体选择性，其缺点是元件的使用工作温度较高。四、典型半导体气敏陶瓷3、Fe2O3系气敏陶瓷常见的铁的氧化物有三种基本形式：FeO、Fe2O3和Fe3O4；其中，Fe2O3有两种陶瓷制品：-Fe2O3和-Fe2O3均被发现具有气敏特性。

Fe2O3系气敏陶瓷最大的特点是不用贵金属做催化剂也能得到较高的催化性，高温下热稳定性好。

Fe2O3气敏陶瓷主要用于检测异丁烷气体和石油液化气。七、现存问题及展望

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，在低温和常温条件下具有工作问题。

积极开展有关气敏半导体陶瓷材料基础理论的研究；提高材料的性能，积极寻找新材料；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。GassensingpropertiesofWO3-basedceramics

toethanolvaporsA.Yu.Lyashkov∗,A.S.Tonkoshkur,V.O.MakarovDepartmentofPhysics,ElectronicsandComputerSystems,NationalUniversityofDnepropetrovsk,St.Gagarina72,Dnepropetrovsk49010,Ukraine148(2010)1–5Keywords:

Tungstenoxide;Gassensing;Ethanol;Ceramics;Electricalconductivity;Intergrainularpotentialbarriers文献赏析GassensingpropertiesofWO3-basedceramicstoethanolvaporsAbstractGassensingofWO3ceramicsforethanolalcoholvapor(C2H5OH)andamylalcoholvapor(C5H11OH)wasfound.Theincreaseofconductivityatthealcoholvaporwasinterpretedintheframeofgrainboundarypotentialbarriersmodel.WeassumedthatthesensitivityoftheWO3ceramicstoalcoholvaporwasessentiallyduetodesorptionofoxygenatthesurfaceofthegrains.ThegassensingandelectricalpropertiesofWO3ceramicsarecompared.GassensingpropertiesofWO3-basedceramicstoethanolvaporsMethods◆MaterialWO3,MnO2,Na2OandA12O3wereusedasrawmaterials.◆ExperimentTheceramicsamplesweremadebyconventionalelectroceramieprocess.●

AppropriateamountsofWO3,MnO2,Na2OandA12O3

weremixed,pressedintodisksof12mmdiameteratpressureof100MPa.●

Thepressedbodiesweresinteredfor1~2hat1373~1573Kinairandfurnacecooledtoroomtemperature(seeTable1).●

Theplanarelectrodesweremadeforgassensingmeasurements.GassensingpropertiesofWO3-basedceramicstoethanolvaporsGassensingpropertiesofWO3-basedceramicstoethanolvaporsGassensingpropertiesofWO3-basedceramicstoethanolvaporsGassensingpropertiesofWO3-basedceramicstoethanolvapors

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