气敏陶瓷的生产工艺及其应用
气敏陶瓷
性能测试
性能测试 对退火后的样品分别在1. 04％CO, 5000ppmC0, 5000ppmCH3CH20H, 5000ppmCH3COCH3等气源中测试。 从图1可以看出，样品对CO有一定 的选择敏感性，最大灵敏度发生在 180 ℃ -200℃之间。
背散射分析(RBS)
背散射分析(RBS) 在RBS仪上对未经退火和 退火后的样品进行背散射分 析(真空度大于1. 33 X 10-3Pa )所得到的背散射 谱(图2)；Sn的纵向浓度 分布曲线如图3。 退火前和退火后的样品表 面都有Sn沉积。注入离子 的纵向浓度都呈高斯分布。 退火前的高斯峰约在 35nm左右，退火后的高 斯峰基本上没什么移 动，但Sn离子延续更深， 大约到70nm。
SnO2气敏陶瓷的研究
SnO2气敏陶瓷传感器至今仍是应用最广和性能最好的一种。它是一 种表面控制型气敏材料，其比表面越大，越有利于气体吸附与表面 反应，越容易获得灵敏度高、选择性好的气敏元件。目前仍在进行 大量研究工作，以对它改性或改变制作工艺方法来提高性能，通过 掺杂活性物质(如Pt, Pd, In, Ga等)提高灵敏度，如添加ThO2可大 大提高对CO吸附的灵敏度，而抑制对H2,C3H8。和I-C4H10的灵敏度。 另外，尚可添加Al2O3,Sb2O3,MgO,CaO和PbO等添加物以改善烧结、老 化及吸附等性能。而其纳米晶材料由于具有粒度小、比表面大的特 点，可望大幅度提高材料的气敏性能，很多学者对纳米晶SnO2进行 了研究，索辉等发现通过溶胶凝胶法制得的SnO2具有很好的乙醇敏 感特性。因此，制备性能优良的SnO2气敏陶瓷传感器的关键是SnO2 超细粉体的制备，常用的方法有共沉淀法、溶胶凝胶法等。
表1
各种气敏陶瓷
气敏半导体陶瓷的工作原理
气敏陶瓷在生活中的应用(一)
气敏陶瓷在生活中的应用(一)气敏陶瓷在生活中的应用1. 气敏陶瓷的作用气敏陶瓷是一种能够感应气体浓度变化并产生电信号的陶瓷材料。
它的主要作用是将气体浓度转化为电信号，通过电路处理后，可以得到对应的气体浓度信息。
2. 气敏陶瓷在生活中的应用•1) 空气质量监测器气敏陶瓷可以应用于空气质量监测器中，通过感应环境中的空气中的污染物浓度变化，准确地评估实时空气质量。
这对于保护公众健康和做出正确的环境决策至关重要。
•2) 一氧化碳检测器气敏陶瓷在一氧化碳检测器中起到重要作用。
一氧化碳是一种无色无味的有毒气体，易于造成中毒。
气敏陶瓷可以感应环境中一氧化碳的浓度变化，并及时发出警报，提醒人们采取必要的安全措施。
•3) 燃气泄漏检测器气敏陶瓷可以用于燃气泄漏检测器中。
燃气泄漏会危及居民生活安全，因此在家庭中安装燃气泄漏检测器非常重要。
气敏陶瓷可以感应燃气泄漏时的气体浓度变化，并通过警报系统及时通知居民，避免潜在的危险。
•4) 甲醛检测器气敏陶瓷还可以用于甲醛检测器中。
甲醛是一种常见的室内有害气体，会对人体健康造成危害。
气敏陶瓷可以感应室内甲醛浓度的变化，及时发出警报，提醒人们进行室内空气净化或通风。
•5) 汽车排放检测由于环保意识的提高，汽车排放检测已成为现代社会必不可少的环保措施。
气敏陶瓷可以应用于汽车排放检测装置中，通过感应尾气中的有害气体浓度变化，评估汽车的排放水平，促进车辆的环保性能提升。
3. 总结气敏陶瓷在生活中有诸多应用，可以应用于空气质量监测器、一氧化碳检测器、燃气泄漏检测器、甲醛检测器以及汽车排放检测等领域。
它的作用是将气体浓度转化为电信号，为环境保护和人们的生活安全提供了重要的技术支持。
4. 气敏陶瓷在健康管理中的应用•1) 呼吸道疾病监测器气敏陶瓷可以用于呼吸道疾病监测器中，通过感应呼吸道中的有害气体浓度的变化，及时发现并监测呼吸系统疾病的病情变化。
这对于呼吸疾病患者的日常护理和治疗非常重要。
气敏陶瓷 综述
气敏陶瓷的综述摘要从气敏陶瓷在实际生产生活中的重要应用价值出发，介绍了气敏陶瓷的分类及工作原理，制备方法，最后提出了需要努力的方向。
前言随着国民经济的发展，生活质量的提高，同时产生的各类环境问题也日益引起人们的关注，其中有害气体的排放，给人们的生活带来了严重的影响。
随着社会的进步和人类的安全与健康意识的提高，有效的对大气、家庭和各种生产、生活场所的易燃易爆气体、有毒有害气体进行监控，防止安全事故的发生，保障人身和财产的安全，成为了当今的迫切任务。
半导体气敏陶瓷传感器就是适应这些需要而发展起来的。
气体传感器通常要在高温、含有腐蚀性气体的气氛中使用，并且气体的浓度都较低，因此对气体传感器材料的要求是：（1）对测定对象气体具有高的灵敏度；（2）对被测定气体以外的其他气体不敏感；（3）长期使用性能稳定。
半导体气敏陶瓷传感器具有灵敏度高、性能稳定、结构简单、体积小、价格低、使用方便等特点，气敏半导体陶瓷元件在日本、美国等国家发展很快，特别是日本，1988年产量约2000万件，其中日本费加罗技研株式会社的SnO2半导体气敏器件( TGS)年生产能力1200 万件，行销世界上40多个国家和地区，产值23亿日元。
近年来我国也有许多厂家生产气敏陶瓷元件，1988年产品投放市场10 万件，主要是氧化锡系、氧化铁系烧结型的，用于检测石油液化气、煤气、酒精等。
气敏陶瓷的分类及工作原理半导体气敏陶瓷一般可以分为表面效应和体效应两种类型。
按制造方法和结构形式,可分为烧结形、薄膜型及厚膜型。
但通常气敏陶瓷是按照使用材料的成分划分为SnO2、ZnO、Fe2O3等系列。
被测气体与气敏性材料表面的相互作用非常复杂,包括表面物理化学反应、吸附理论、表面状态以及半导体催化剂电子理论等多方面的相互作用。
所以，气敏半导体的工作原理比较复杂。
但是总体而言，半导体气敏元件均是用所吸附的气体分子与半导体元件内部或表面的相互作用，致使半导体电导率发生变化，达到检测的目的。
《气敏陶瓷》PPT课件
式(几何形状)关系甚大。常 见的有薄膜
型、厚膜型和多孔烧结体型。气敏薄膜
的厚度一般为 10- 2 ～ 10-1μ m,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。多孔陶瓷则
采用非致密烧结法制备之。
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五、气敏陶瓷的制备
常见的气敏陶瓷很多,比较典型的有氧化锡
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四、气敏陶瓷元件的结构及性能
➢直热式气敏陶 瓷
➢热容量小，容 易受环境气流 的影响
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四、气敏陶瓷元件的结构及性能
➢ 旁热式气敏陶瓷
➢ 灵敏度高，响应迅 速，机械强度高
➢ 产量高，成本低
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四、气敏陶瓷元件的结构及性能
➢ 薄膜式气敏陶瓷
➢ 制作采用蒸发或者溅 射的方法，在处理好 的石英基片上形成一 种薄层金属氧化物薄 膜，再引出电极
温度，分解温度和结晶温度等。用X射线衍射（XRD） 和电子衍射（ED）分析材料的物相和晶体结构，用透 射电子显微镜（TEM）观察材料的陶瓷微结构。
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六、典型气敏陶瓷
c.分析结果 经X射线衍射分析，800℃ ZnO都是完整的多
晶体，少量SnO2的掺杂得到ZnO，ZnSnO3 （偏 锡酸锌）和Zn2SnO4（锡酸锌）三种化合物的混合 物。
经透射电镜观察ZnO都是致密的多晶体，有棒 状和颗粒状两种晶型。
经电子衍射分析，棒状结晶显示完整的四方点 阵结构，颗粒状结晶呈现完整的六方点阵结构。
说明ZnO是由完整的小单晶组成，依照沉淀剂 的不同，ZnO的微观结构略有不同。
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六、典型气敏陶瓷
➢ 3. ZnO气敏陶瓷的应用 作为气敏材料，ZnO是发现最早、也是应用
气敏陶瓷的简述
气敏陶瓷分类及工作原理
分
类
一.二 工作原理
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.
当吸附还原性气体时,此还原性气体就把其电子 给予半导体,而以正电荷与半导体相吸附着.进入到n 型半导体内的电子,束缚少数载流子空穴,使空穴与电 子的复合率降低.这实际上是加强了自由电子形成电 流的能力,因而元件的电阻值减小.与此相反,若n型半 导体元件吸附氧化性气体,气体将以负离子形式吸附 着,而将其空穴给予半导体,结果是使导电电子数目减 少,而使元件电阻值增加.
各种气敏陶瓷
二.气敏陶瓷的制备及应用
二.一 烧绿石型气敏陶瓷材料的制备及应用
烧绿石型氧化物:Pb二 M二 O七 - y M = Ir ;Ru一 xPbx ; x =0 ～ 0. 七五 .
制备方法:采用共沉淀法制备烧绿石型氧化物
按化学计量比取适量钌、铱的氯化物以及特级氮化铅溶 液, 然后往溶液中缓慢加入过量二mo l /L 的NaOH .在七五 ℃的氧气气氛中持续搅拌二四h , 生成沉淀.
用作气敏材料的尖晶石型氧化物主要为 ZnFe二 O四 、ZnCr二 O四
制备方法：传统的固相反应法
按化学计量比将各种金属氧化物 或金属 盐 在高温下煅烧制得.此种制备粉体的方法 工艺简单、易行, 但反应温度高 一般在一二 00 ℃以上 、保温时间长, 要求参加反应的粒 子小、均匀性好
实验证明: 尖晶石氧化物电极的传感器在六五0 ℃～ 七00 ℃范围内,对NO二 和NO、CO 均有 最高的灵敏性.
二.三 钙钛矿型氧化物气敏陶瓷材料的制备
钙钛矿型氧化物是传感器中应用比较广泛的气 敏材料.常用的钙钛矿型氧化物主要有LaMnO三 、 LaFeO三 、La一 - x Srx CoO三 -δ等, 以及在此基 础上添加一种或几种金属的复合金属氧化物.
气敏陶瓷材料的制备及应用
传 统 的气 敏 陶瓷 材 料 主要 有 Ｓ Ｏ 、 ｅＯ 、 ｎ Ｆ ＷＯ。 、
Ｚ Ｏ 、 ｉ。 ｒ 。 Ｔ Ｏ 以及 许 多 复 合 氧 化 物 系 统 的 陶 瓷 材 料 。近 年来应 用 于气体传 感 器 中的气 敏材 料 主要 有烧 绿石 型气 敏 陶 瓷材 料 、 晶石 型 气 敏 陶 瓷材 尖 料、 钙钛 矿型 氧化物 气 敏 陶瓷 材料 等 。
２ 尖 晶石 型 气 敏 陶 瓷材 料 的制 备
用作 气 敏 材 料 的 尖 晶 石 型 氧 化 物 主 要 为
ＺｎＦｅ Ｏ４、 ２ ＺｎＣｒ Ｏ４ ２ 。
１ 烧 绿 石 型气 敏 陶 瓷材 料 的制 备
烧绿 石 型 氧 化 物 ： ｂ Ｐ２ Ｍ。Ｏ 一 Ｍ — Ｉ； （ ｒ
Ｒｕ１ Ｐｂ ｘ— Ｏ～ Ｏ ５ 一 ； ．７ ）。
研 究发 现Ｌ ， 类 氧化 物 在 ４ ０ 的低 温 下 ， １此 ］ ０℃
对 ＮＯ 具 有 很 好 的 敏 感 性 。 其 中
Ｐ Ｒ ¨Ｐ Ｏ 一 对 ＮＯ 气 敏性能 最好 。 ｂ ｕ ｂ
本文 主要 介 绍 这 些 气 敏 陶 瓷 材 料 的 制 备 方
法。
中 图分 类 号 ： ＴＱ１４ ７ ７ ．５ 文献标识码 ： Ａ
近年来 ， 着 环境 保 护 要 求 的 提 高 和对 燃 料 随
燃烧 率 的关 注 ， 汽 车尾 气 排 放 标 准要 求 越 来 越 对
此种 方法 可制 备 高 纯 度 、 细 、 成 均 匀 、 超 组 烧 结 性能 良好 的粉 体 ， 又因制 备工 艺简单 实用 ， 价格
作 者 简 介 ： 志敏 ， 业 于 东 南 大 学 物 理 系 ， 维 功 能 材 料试 验 室 。 现工 作 于河 北 理 工 大 学 分 析 测 试 中 心 。 崔 毕 低
阅读材料：人工“鼻子”—气敏陶瓷
人工“鼻子”——气敏陶瓷鼻子是用来闻气味的，它活像气体探测器，人的鼻子可以分辨数以百计的各种气味，有的动物鼻子比人的鼻子还厉害，分辨率更高，例如狗的鼻子还可闻到几里外的气味。
人们能否制造出像鼻子那样的气体探测器呢？经过几代科学家的努力，已制造出一种叫“电子鼻”的仪器，它主要的元件是气敏陶瓷。
气敏陶瓷有两项特殊的本领，其一，能吸附大量气味；其二吸咐气体后会引起电导的变化，例如当遇到可燃、易爆、有毒气体时，产生电导率变化，可产生电流，指示人们警惕，一旦气体消散，它的电导值恢复正常。
第一块气敏陶瓷是用二氧化锡和氯化钯混合再研得极细，在高温炉中烧结的。
因为，它颗粒极细，吸附气体能力很强，此外，它又能显半导体性质，随吸附气体多寡，可改变导电率，所以，首先用作“电子鼻”元件。
此后，人们已合成数十种气敏陶瓷，它们结构各不相同，吸附气体也有高度选择性。
也就是说，不同的气敏陶瓷，可吸附和分辨不同气体。
如今的“电子鼻”可分辨氢气、一氧化碳、氟利昂、苯……约100多种气体。
当空气中占十万分之一到百万分之一的浓度，就可被它侦察出了。
因此，用气敏陶瓷制作的电子鼻，一问世立即受到人们欢迎。
首先是用在气体检漏方面，例如煤气管道是否漏气，化工厂易燃、易爆，有毒气体是否漏气，都可用“电子鼻”来检测。
其次，用作宾馆，饭店的火警报警器，因为当着火后，会产生二氧化碳，当二氧化碳超过正常浓度，报警器就会报警，发出铃声或用自动电话通知服务台，及时扑灭。
最近，电子鼻还参加禁毒行动，科学家已发明一种可以检查海洛因、鸦片、大麻等毒品的电子鼻，这种电子鼻灵敏度很高，它像地雷探测器那样，只要放在包裹上，如果有毒品，指针就会偏转。
据估计，数年后这种专查毒品的电子鼻将广泛应用。
可以预测，电子鼻还可以参加公安局破案和捕捉逃犯。
因为，每个人的身体都有自己特有的气味，这就是公安局利用警狗破案、捕捉逃犯的缘故。
如果，把电子鼻的分辨率提高到狗鼻那样灵敏，甚至还超过它，那么，电子鼻可代替狗来协助破案了。
《气敏陶瓷》课件
欢迎来到《气敏陶瓷》PPT课件，今天我们将一起探索什么是气敏陶瓷以及它 的结构，工作原理，应用，制备方法和发展现状。
什么是气敏陶瓷
气敏陶瓷是一类能够感应、测量和控制气体的特殊陶瓷材料。它具有高灵敏度、高稳定性和广泛的应用 领域。
气敏陶瓷的结构
材料组成
气敏陶瓷主要由金属氧化 物粉末、陶瓷粉体和稀土 元素组成。
气敏陶瓷的应用
1
气体浓度检测
气敏陶瓷广泛应用于气体浓度检测领域，如环境监测、工业安全和室内空气质量监控。
2
温度传感器
由于气敏陶瓷对温度的敏感性，它还可以被用作高精度的温度传感器。
3
液位计
通过将气敏陶瓷与液体接触，可以实现液体的准确测量和液位控制。
气敏陶瓷的制备方法
1 原料选择
2 制备工艺
制备气敏陶瓷需要选择合适的金属氧化物 粉末、陶瓷粉体和稀土元素。
微观结构
气敏陶瓷具有多孔结构， 提供了大量的表面积，使 其能够与气体进行更多的 化学反应。
电学特性
通过改变气敏陶瓷的结构 和成分，可以调节其电容、 电导率和响应时间等电学 特性。
气
气敏陶瓷根据吸附和离子反应原理，对不 同气体的浓度变化产生电学信号。
气敏陶瓷的电学特性随着气体浓度的变化 而变化，从而实现对气体的浓度测量。
常见的制备方法包括固相反应法、溶胶凝胶法和高温烧结法。
气敏陶瓷的发展现状
1 市场前景
2 研究方向
随着科技的进步和对环境监测的需求增加， 气敏陶瓷的市场前景非常广阔。
当前的研究方向包括提高气敏陶瓷的灵敏 度、稳定性和降低制备成本。
结论
气敏陶瓷是一种具有广泛应用前景和重要价值的陶瓷材料，在环境监测、工 业控制和传感器等领域发挥着重要作用。
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气敏陶瓷的生产工艺及其应用
生产工艺：首先在陶瓷基板上印刷隔热层，烧结完成后，印刷加热电极和加热电阻;然后印刷隔离层，烧结之后印刷测量电极及气敏层。
气敏半导体陶瓷可以发现隐藏起来的有害气体，半导体蜂窝陶瓷载体的的电阻率随某一种或几种气体的浓度发生规则性的变化，其检测灵敏度通常可达百万分之一的量级或更高。
半导体陶瓷的气敏特性可用来制成气敏元件，在化工、环境保护与监测、煤矿、国防、汽车、食品、电子、石油、发电等很多领域，对有害、易燃、易爆等气体实施自动检测，并报警和调控，尤其在环境保护与监测等涉及。
半导体陶瓷气敏元件可分为表面效应型和体效应型。
主要有SnO2系、ZnO 系、
Fe203系、MgO 系、Ti02系等。
类型包括
烧结型、厚膜型、薄膜型等。
如加入不同的其他添加物，SnO2
系陶瓷可制成对C2H5OH 、丙酮、CO 、H2敏感的气敏元件，ZnO 系陶瓷可制成对C2H5OH 、丙酮敏感的气敏元件，Fe203系蜂窝陶瓷可制成半导体气敏元
件
对可燃性气体敏感的气敏元件等。
陶瓷气敏元件在传感器等方面的应用近些年发展很快，由于成本低、结构简单，灵敏度高，实际使用方便等优点引起科技界和企业界的高度重视。
AQS501传感器
AQS501传感器是采用先进成熟的旁热式结构的半导体气敏元件，由陶瓷加热器上涂覆纳米级半导体材料SnO2并掺杂适当微量元素构成，对香烟、木材、纸张燃烧产生的烟雾、酒精、氨气、氢气、一氧化碳、甲烷、丙烷、甘烷、苯乙烯、丙二醇、酚、甲苯、乙苯、二甲
苯、甲醛等有机挥发气体具有极高的灵敏度。
特点
1、灵敏度极高，能有效探测到0.1PPM浓度气体.
2、稳定性好，不受温湿度影响
3、寿命长
4、模块化设计，数字信号输出，应用更方便简单.
5、成本低
汽车用氧化锆基陶瓷气敏器件。