中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和人們生活水平的顯著提高，人們使用和接觸的氣體越來(lái)越多，而那些易燃、易爆、有毒氣體和廢氣既威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)，同時(shí)直接影響到人類(lèi)的生存環(huán)境。因此，有效地對(duì)這些氣體進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控和報(bào)警就成為迫切的任務(wù)。半導(dǎo)體氣敏陶瓷傳感器具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、使用方便等特點(diǎn)。

氣敏陶瓷的工作原理

半導(dǎo)體氣敏陶瓷是利用半導(dǎo)體陶瓷與氣體接觸時(shí)電阻的變化來(lái)檢測(cè)低濃度氣體的。半導(dǎo)體表面吸附氣體分子時(shí)，其電導(dǎo)率將隨半導(dǎo)體類(lèi)型和氣體分子種類(lèi)的不同而變化。氣體吸附一般分物理吸附和化學(xué)吸附兩大類(lèi)。前者吸附熱低，可以是多分子層吸附，無(wú)選擇性；后者吸附熱高，只能是單分子吸附，有選擇性。在一般情況下，物理吸附和化學(xué)吸附同時(shí)存在。在常溫下物理吸附是吸附的主要形式。隨著溫度的升高，化學(xué)吸附增加，至某一溫度達(dá)到最大值。超過(guò)最大值后，氣體解吸的幾率增加，物理吸附和化學(xué)吸附同時(shí)減少。

氣敏陶瓷的性能

利用半導(dǎo)體陶瓷元件進(jìn)行氣體檢測(cè)時(shí)，氣體在半導(dǎo)體上的吸附和脫吸必須迅速，工作溫度至少在10℃以上才會(huì)有足夠大的吸脫速度，因此，元件會(huì)在較高溫度下長(zhǎng)期暴露在氧化性或還原性氣氛中工作。所以要求半導(dǎo)體氣敏陶瓷元件必須具有物理和化學(xué)的穩(wěn)定性。除此之外，氣敏元件還要求具有以下主要特性：氣體選擇性；初始穩(wěn)定、氣敏響應(yīng)和復(fù)原特性；靈敏度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

氣敏陶瓷的制備方法

氣體與敏感陶瓷的作用部位通常只局限于表面，故其敏感特性如電阻值與被測(cè)氣體濃度的關(guān)系，就和敏感體的燒結(jié)形式（幾何形狀）關(guān)系甚大，常見(jiàn)的有薄膜型、厚膜型和多孔燒結(jié)體型。氣敏薄膜的厚度一般為10^-2~10^-1μm，可通過(guò)化學(xué)氣相沉積，或不同形式的濺射方式來(lái)制備。厚膜的膜厚為幾十微米，采用漿料絲網(wǎng)漏印燒結(jié)法制作。用非致密燒結(jié)法制備多孔陶瓷。

氣敏陶瓷的分類(lèi)

氣敏陶瓷一般可以分為表面效應(yīng)和體效應(yīng)兩種類(lèi)型。按制造方法和結(jié)構(gòu)形式，可分為燒結(jié)型、薄膜型及厚膜型。但通常氣敏陶瓷是按照使用材料的成分劃分為
SnO₂、ZnO₂、Fe₂O₃等系列。常見(jiàn)的氣敏陶瓷很多，比較典型的有氧化錫系、氧化鋅系、氧化鐵系等。

SnO₂氣敏陶瓷傳感器至今仍是應(yīng)用最廣和性能最好的一種。它是一種表面控制型氣敏材料，其比表面越大，越有利于氣體吸附與表面反應(yīng)，越容易獲得靈敏度高、選擇性好的氣敏元件。目前仍在進(jìn)行大量研究工作，以對(duì)它改性或改變制作工藝方法來(lái)提高性能。

ZnO₂氣敏陶瓷也是很重要的氣敏陶瓷材料，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是氣體選擇性強(qiáng)。摻以Pt和Pd催化劑后，可提高其靈敏度。摻Pt后對(duì)丁烷和丙烷等氣體的靈敏度高，而摻Pd的ZnO₂對(duì)氫和CO的靈敏度高。

Fe₂O₃氣敏陶瓷不需要添加貴金屬催化劑就可制成靈敏度高、穩(wěn)定性好、具有一定選擇性、且在高溫下穩(wěn)定性好的氣敏元件。Fe₂O₃氣敏陶瓷主要用于檢測(cè)異丁烷氣體和石油液化氣。

小結(jié)

從現(xiàn)在的水平來(lái)看，半導(dǎo)體氣敏陶瓷元件的靈敏度高，有利于實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)及自動(dòng)測(cè)量，結(jié)構(gòu)及工藝簡(jiǎn)單、方便、價(jià)廉。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性、互換性不好，對(duì)不同氣體分辨力差，在低溫、常溫條件下工作問(wèn)題還有待進(jìn)一步解決，不易實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)等。

參考文獻(xiàn)：

楊冉.氣敏陶瓷原理綜述

張維蘭.氣敏陶瓷的發(fā)展及應(yīng)用