第4章 信息传感材料

高温(570 (570～ NTC热敏电阻材料 (3) 高温(570～1773K) NTC热敏电阻材料
萤石型是以 是以ZrO 为基的固熔体陶瓷， AO2萤石型是以ZrO2为基的固熔体陶瓷，根据不同需 常添加CaO CaO、 要，常添加CaO、Y2O3、CeO2、Nd2O3或ThO2等氧化物改变材 料的性能。 料的性能。 尖晶石型是一些 是一些Mg 固熔体陶瓷。 AB2O4尖晶石型是一些Mg (CrFeAl)2O4固熔体陶瓷。 钙钛矿型是在 是在TiO 中加入Cr ABO3钙钛矿型是在TiO2中加入Cr2O3获得负温度系数的 一类材料。 一类材料。 刚玉型是一些 是一些Al 系陶瓷， Al2O3刚玉型是一些Al2O3-Cr2O3系陶瓷，材料中添加 适量的MnO可加大特性曲线的斜率并防止阻值变化。 MnO可加大特性曲线的斜率并防止阻值变化 适量的MnO可加大特性曲线的斜率并防止阻值变化。
4.2.2
NTC热敏电阻材料 NTC热敏电阻材料
NTC是指随温度上升电阻呈指数关系减小、 NTC是指随温度上升电阻呈指数关系减小、 是指随温度上升电阻呈指数关系减小 具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。 负温度系数的热敏电阻现象和材料 具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。 该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌 该材料是利用锰、 等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、 等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、 成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷， 成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具 有负温度系数（NTC）的热敏电阻。 有负温度系数（NTC）的热敏电阻。现在还出现了 以碳化硅、硒化锡、 以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物 NTC热敏电阻材料 热敏电阻材料。 系NTC热敏电阻材料。
光敏电阻
4.3 光学传感材料
半导体材抖受光照射时， 半导体材抖受光照射时，由于吸收 光能量而形成非平衡载流子， 光能量而形成非平衡载流子，导致材料 电导率增大，这种现象称为光电导效应。 电导率增大，这种现象称为光电导效应。 利用这种效应做成的光探测器称为光电 导探测器，亦叫光敏电阻 光敏电阻。 导探测器，亦叫光敏电阻。
4.2.1
PTC热敏电阻材料 PTC热敏电阻材料
PTC热敏电阻于1950年出现，随后1954 PTC热敏电阻于1950年出现，随后1954 热敏电阻于1950年出现 年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC PTC热敏电 年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电 PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测 阻。 PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测 量与控制， 量与控制，也用于汽车某部位的温度检测与 调节，还大量用于民用设备， 调节，还大量用于民用设备，如控制瞬间开 水器的水温、空调器与冷库的温度， 水器的水温、空调器与冷库的温度，利用本 身加热作气体分析和风速机等方面。 身加热作气体分析和风速机等方面。
4.3 光学传感材料
与其它器件一样， 与其它器件一样，探测器也有一套根据实际应用的需要而制 定的特性参数。用这些参数可以评价一个探测器的优劣， 定的特性参数。用这些参数可以评价一个探测器的优劣，图6-1为 探测器功能示意图，输入的是辐射能，输出的是电压。 探测器功能示意图，输入的是辐射能，输出的是电压。
热敏电阻
热敏电阻的主要特点是： 热敏电阻的主要特点是：
①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～ 灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～ 10 100倍以上 倍以上； 工作温度范围宽，常温器件适用于100倍以上；②工作温度范围宽，常温器件适用于55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃, 315℃,低温 55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃,低温 器件适用于-273℃～55℃； 体积小， 器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其 他温度计无法测量的空隙、 他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的 温度； 使用方便，电阻值可在0.1 100kΩ间任 0.1～ 温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任 意选择； 易加工成复杂的形状，可大批量生产； 意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产； 稳定性好、过载能力强。 ⑥(4) 临界温度(CTR)热敏电阻材料
临界温度热敏电阻CTR具有负电阻突变特 临界温度热敏电阻CTR具有负电阻突变特 CTR具有 在某一温度下， 性，在某一温度下，电阻值随温度的增加急剧 减小，具有很大的负温度系数 构成材料是钒 很大的负温度系数。 减小，具有很大的负温度系数。构成材料是钒、 等元素氧化物的混合烧结体， 钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是半 玻璃状的半导体，也称CTR为玻璃态热敏电阻。 CTR为玻璃态热敏电阻 玻璃状的半导体，也称CTR为玻璃态热敏电阻。 骤变温度随添加锗、 钼等的氧化物而变。 骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变。
NTC热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段。 NTC热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段。 热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段 1834年，科学家首次发现了硫化银有负温度系 1834年 科学家首次发现了硫化银有负温度系 硫化银 数的特性。1930年 科学家发现氧化亚铜 氧化亚铜数的特性。1930年，科学家发现氧化亚铜-氧化 也具有负温度系数的性能， 铜也具有负温度系数的性能，并将之成功地运 用在航空仪器的温度补偿电路中。随后， 用在航空仪器的温度补偿电路中。随后，由于 晶体管技术的不断发展， 晶体管技术的不断发展，热敏电阻器的研究取 得重大进展。1960年研制出了NTC热敏电阻器 年研制出了NTC热敏电阻器。 得重大进展。1960年研制出了NTC热敏电阻器。 它的测量范围一般为-10～+300℃，也可做到它的测量范围一般为-10～+300℃，也可做到200～+10℃，甚至可用于+300 +1200℃环境中 +300～ 200～+10℃，甚至可用于+300～+1200℃环境中 作测温用。 作测温用。
热敏电阻
由于半导体热敏电阻有独特的性能， 由于半导体热敏电阻有独特的性能，所 以在应用方面， 以在应用方面，它不仅可以作为测量元件 如测量温度、流量、液位等）， ），还可以作 （如测量温度、流量、液位等），还可以作 为控制元件（如热敏开关、限流器） 为控制元件（如热敏开关、限流器）和电路 补偿元件。热敏电阻广泛用于家用电器、 补偿元件。热敏电阻广泛用于家用电器、电 力工业、通讯、军事科学、宇航等各个领域， 力工业、通讯、军事科学、宇航等各个领域， 发展前景极其广阔。 发展前景极其广阔。
4.2.1
PTC热敏电阻材料 PTC热敏电阻材料
PTC是指在某一温度下电阻急剧增加、 PTC是指在某一温度下电阻急剧增加、 是指在某一温度下电阻急剧增加 具有正温度系数的热敏电阻现象或材料， 正温度系数的热敏电阻现象或材料 具有正温度系数的热敏电阻现象或材料， 可专门用作恒定温度传感器。 可专门用作恒定温度传感器。 该材料是以BaTiO 该材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要 成分的烧结体，其中掺入微量的Nb Ta、Bi、Sb、 Nb、 成分的烧结体，其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、 La等氧化物进行原子价控制而使之半导化 等氧化物进行原子价控制而使之半导化， Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化， 常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导 常将这种半导体化的BaTiO 陶瓷。 （体）陶瓷。
4.1 力敏传感材料
力敏传感材料是指在外力作用的情况下电学 力敏传感材料是指在外力作用的情况下电学 是指在外力作用的情况下 性质会发生明显变化的材料 会发生明显变化的材料。 性质会发生明显变化的材料。 金属应变电阻材料主要有康铜系合金、 金属应变电阻材料主要有康铜系合金、锰白 主要有康铜系合金 铜合金、镍铬铝铁合金、镍铬合金、铁铬铝合金、 铜合金、镍铬铝铁合金、镍铬合金、铁铬铝合金、 铂钨合金和铂金属等。 铂钨合金和铂金属等。 半导体压阻材料主要是单晶硅， 半导体压阻材料主要是单晶硅，根据掺杂方 主要是单晶硅 式的不同，分为体型和扩散型两种。 式的不同，分为体型和扩散型两种。
第4章
信息传感材料
信息传感材料是指用于信息传感器和 信息传感材料是指用于信息传感器和探 传感器 的一类对外界信息敏感的材料。 测器的一类对外界信息敏感的材料 测器的一类对外界信息敏感的材料。
第4章
信息传感材料
国家标准GB7665-87对传感器下的定 国家标准GB7665-87对传感器下的定 GB7665 义是： 义是：“能感受规定的被测量并按照一定 的规律转换成可用信号的器件或装置，通 的规律转换成可用信号的器件或装置， 常由敏感元件和转换元件组成” 常由敏感元件和转换元件组成”。 探测器 detector 记录粒子 粒子的装置 核物理和粒 观察 、记录粒子的装置 ，核物理和粒 子物理实验研究中不可缺少的设备 实验研究中不可缺少的设备。 子物理实验研究中不可缺少的设备。
4.2.2
NTC热敏电阻材料 NTC热敏电阻材料
热敏电阻器温度计的精度可以达到 0.1℃，感温时间可少至10s以下。 10s以下 0.1℃，感温时间可少至10s以下。它不仅 适用于粮仓测温仪， 适用于粮仓测温仪，同时也可应用于食品 储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、 储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、 高空、冰川等方面的温度测量。 高空、冰川等方面的温度测量。
4.3 光学传感材料
光学传感材料主要是指在光的辐照下会因各 种效应产生光生载流子、用于制作光敏电阻、 种效应产生光生载流子、用于制作光敏电阻、光 敏二极管、光敏三极管、 敏二极管、光敏三极管、光电耦合器和光电探测 器的一些半导体材料。 器的一些半导体材料。 (1)光敏电阻材料 (1)光敏电阻材料 光敏电阻材料主要是指在光的辐照 下会产生光电导效应的一些半导体材料，如锗、 下会产生光电导效应的一些半导体材料，如锗、硅和 族中的一些半导体化合物等。 Ⅱ－Ⅵ、Ⅳ－Ⅵ族中的一些半导体化合物等。其中最 常用的是CdS CdSe和PbS等半导体化合物等 CdS、 等半导体化合物等。 常用的是CdS、CdSe和PbS等半导体化合物等。
(2)
常温NTC热敏电阻材料 常温NTC热敏电阻材料 NTC
常温（300～570K）NTC热敏电阻材料为 热敏电阻材料为AB 常温（300～570K）NTC热敏电阻材料为AB2O4 尖晶石型的含Mn氧化物。 尖晶石型的含Mn氧化物。这类材料被广泛用于各 Mn氧化物 种取暖设备、家用电器制品和工业用温度检测设 种取暖设备、 备。
4.2
热敏传感材料
热敏传感材料是指对温度变化具 热敏传感材料是指对温度变化具 是指对温度变化 有灵敏响应的材料。 有灵敏响应的材料。 在实际生产中，热敏传感材料主要 在实际生产中，热敏传感材料主要 是指电阻值随温度显著变化的半导体热 是指电阻值随温度显著变化的半导体热 电阻值随温度显著变化的 敏电阻陶瓷。 敏电阻陶瓷。
(1) 低温NTC热敏电阻材料 低温NTC热敏电阻材料 NTC
低温(<300K) NTC热敏电阻材料主要是由 热敏电阻材料主要是由MnO 低温(<300K) NTC热敏电阻材料主要是由MnO CoO、 NiO、 CuO等两种或两种以上的氧化物 CoO、 NiO、Fe2O3和CuO等两种或两种以上的氧化物 构成的一些AB2O4尖晶石型氧化物半导体陶瓷。被广 氧化物半导体陶瓷。 构成的一些AB 尖晶石型氧化物半导体陶瓷 泛用于低温测温和控温。 泛用于低温测温和控温。
临界温度(CTR) (CTR)热敏电阻材料 (4) 临界温度(CTR)热敏电阻材料
CTR热敏电阻材料是指会在一定的温度 CTR热敏电阻材料是指会在一定的温度 发生半导体发生半导体-金属间相变从而呈现负电阻突 变特性的一类材料。主要是一些以VO2为基的 变特性的一类材料。主要是一些以VO 半导体材料。 半导体材料。 VO2微晶陶瓷被广泛用于火灾报警和温 度的报警、控制和测量等场合。 度的报警、控制和测量等场合。