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1、氣敏陶瓷GasSensingCeramics制作人：xxx目錄一發(fā)展氣敏陶瓷的必要性二氣敏陶瓷的定義三氣敏陶瓷的分類四氣敏陶瓷的結(jié)構(gòu)及性能五氣敏陶瓷的制備六典型的氣敏陶瓷七氣敏陶瓷的應(yīng)用八氣敏陶瓷的發(fā)展前景一、為什么要發(fā)展氣敏陶瓷畜牧業(yè)溫室氣體的檢測(cè)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們所用的和接觸到的氣體越來(lái)越多，因此要求對(duì)這些氣體的成分進(jìn)行分析，檢測(cè)及報(bào)警的領(lǐng)域也日益擴(kuò)大。尤其是易燃易爆，有毒的氣體，不僅直接與人們的生命財(cái)產(chǎn)有關(guān)，而且危及到人類生存的大氣環(huán)境，所以必須要對(duì)這些氣體進(jìn)行嚴(yán)密檢測(cè)，避免火災(zāi)，爆炸及大氣污染等事故的
2、發(fā)生。突發(fā)中毒事件二氣敏陶瓷的定義氣敏陶瓷，亦稱氣敏半導(dǎo)體是用于吸收某種氣體后電阻率發(fā)生變化的一種功能陶瓷。它是用二氧化錫等材料經(jīng)壓制燒結(jié)而成的，對(duì)許多氣體反映十分靈敏，可應(yīng)用于氣敏檢漏儀等裝置進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警三、氣敏陶瓷分類分為半導(dǎo)體式（主要）和固體電解質(zhì)式兩大類材料的成分分類：SnO2、ZnO、Fe2O3、ZrO2效應(yīng)分類：表面效應(yīng)、體效應(yīng)制造方法和結(jié)構(gòu)型式：燒結(jié)型、厚膜型、薄膜型。三、氣敏陶瓷分類氣敏陶瓷按相關(guān)性分類四、氣敏陶瓷元件的結(jié)構(gòu)及性能1.具有物理和化學(xué)的穩(wěn)定性因?yàn)樵诶冒雽?dǎo)體陶瓷元件進(jìn)行氣體檢測(cè)時(shí)，氣體在半
3、導(dǎo)體上的吸附必須迅速。但一般的吸附在常溫下比較緩慢，至少在100攝氏度以上才會(huì)有足夠大的吸脫速度，為了保證元件的靈敏度，必須要求元件在比較高的溫度下工作。由于在較高溫度下長(zhǎng)期暴露在氧化性或還原性氣氛中，所以需要有物理化學(xué)穩(wěn)定性。2.氣體選擇特性3.初始穩(wěn)定，氣敏響應(yīng)和復(fù)原特性4.靈敏度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性5.初始電阻四、氣敏陶瓷元件的結(jié)構(gòu)及性能直熱式氣敏陶瓷熱容量小，容易受環(huán)境氣流的影響四、氣敏陶瓷元件的結(jié)構(gòu)及性能旁熱式氣敏陶瓷靈敏度高，響應(yīng)迅速，機(jī)械強(qiáng)度高產(chǎn)量高，成本低四、氣敏陶瓷元件的結(jié)構(gòu)及性能薄膜式氣敏陶瓷制作采用蒸發(fā)或
4、者濺射的方法，在處理好的石英基片上形成一種薄層金屬氧化物薄膜，再引出電極四、氣敏陶瓷元件的結(jié)構(gòu)及性能厚膜式氣敏陶瓷將二氧化錫和氧化鋅等材料與3~15%重量的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，具有一致性好，機(jī)械強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)五、氣敏陶瓷的制備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),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)
5、漏印燒結(jié)法制作。多孔陶瓷則采用非致密燒結(jié)法制備之。五、氣敏陶瓷的制備常見(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氣敏陶瓷為目前應(yīng)用最廣者,它是以SnO2為基材,摻雜Pd、Lr（銠）、Ga(鎵）、CeO2（二氧化鈰）等活性物質(zhì)以提高其靈敏度。另外可添加Al2O3、Sb2O3、MgO、CaO和PdO等添加物以改善其燒結(jié)、老化及吸附等特性。SnO2氣敏陶瓷對(duì)可燃性氣體,如氫、甲烷、丙烷、乙醇、丙酮、一氧化碳、城市煤氣、天然氣都有較高的靈敏度。五、氣敏陶瓷的制備ZnO也是很重要的氣敏陶瓷材料,其最突
6、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ZnO對(duì)氫和CO的靈敏度高。ZnO與VMoAl2O3催化劑組合后,檢測(cè)氟利昂氣體的靈敏度比一般的氣敏傳感器要高。但長(zhǎng)期使用后,催化劑層將發(fā)生變化,連續(xù)使用400h后會(huì)逐漸退化,靈敏度開(kāi)始降低。不用催化劑的ZnO傳感器對(duì)氟利昂氣體的靈敏度很低六、典型氣敏陶瓷ZnO系氣敏陶瓷1.ZnO氣敏陶瓷的結(jié)構(gòu)及功能a.材料的結(jié)構(gòu)ZnO是一種n型半導(dǎo)體材料，具有六方晶系的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。同SnO2一樣禁帶（在能帶結(jié)構(gòu)中能態(tài)密度為
7、零的能量區(qū)間）較寬，為3.4eV。b.材料的功能ZnO具有多種多樣的功能，例如：半導(dǎo)體性，壓電性，螢光性和光電效應(yīng)等。六、典型氣敏陶瓷2.ZnO氣敏陶瓷的制備和分析a.材料的制備分析純的ZnSO4·7H2O用蒸餾水溶解后，分別加入適量的氨水，草酸銨，碳酸鈉和尿素溶液，充分?jǐn)嚢瑁o置，洗滌干凈后抽濾，將得到的沉淀在110℃干燥，再分別置于500℃和800℃熱處理即可制得。b.材料分析用差熱-熱重分析法（DAT-TG）確定沉淀物的失水溫度，分解溫度和結(jié)晶溫度等。用X射線衍射（XRD）和電子衍射（ED）分析材料的物相和晶體結(jié)
8、構(gòu)，用透射電子顯微鏡（TEM）觀察材料的陶瓷微結(jié)構(gòu)。c.分析結(jié)果經(jīng)X射線衍射分析，800℃ZnO都是完整的多晶體，少量SnO2的摻雜得到ZnO，ZnSnO3（偏錫酸鋅）和Zn2SnO4（錫酸鋅）三種化合物的混合物。經(jīng)透射電鏡觀察ZnO都是致密的多晶體，有棒狀和顆粒狀兩種晶型。經(jīng)電子衍射分析，棒狀結(jié)晶顯示完整的四方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，顆粒狀結(jié)
