11-敏感陶瓷
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敏感陶瓷的原理和应用
敏感陶瓷的原理和应用1. 引言敏感陶瓷是一种特殊材料，具有优异的敏感性和稳定性，广泛应用于传感器、催化剂和陶瓷复合材料等领域。
本文将介绍敏感陶瓷的原理和应用。
2. 敏感陶瓷的原理敏感陶瓷是一种基于电化学、光学、磁学或压电等原理敏感性的陶瓷材料。
2.1 电化学敏感陶瓷电化学敏感陶瓷是指在电场、电流或电位的作用下，其电阻、介电常数或电容等物理性质发生变化。
这种陶瓷常用于电池、电容器和传感器等设备中。
2.2 光学敏感陶瓷光学敏感陶瓷是指在光照射下，其折射率、发射率或吸收率等光学性质发生变化。
光学敏感陶瓷常用于光学器件、激光器和光纤通信系统等领域。
2.3 磁学敏感陶瓷磁学敏感陶瓷是指在磁场的作用下，其磁感应强度、磁化强度或磁滞回线等磁学性质发生变化。
磁学敏感陶瓷广泛应用于电动机、传感器和磁存储器等设备中。
2.4 压电敏感陶瓷压电敏感陶瓷是指在外力作用下，其尺寸、形状或体积发生变化。
压电敏感陶瓷常用于声波传感器、压力传感器和声纳系统等领域。
3. 敏感陶瓷的应用3.1 传感器敏感陶瓷的敏感性和稳定性使其成为理想的传感器材料。
基于电化学、光学、磁学和压电原理的敏感陶瓷被广泛应用于压力传感、温度测量、气体检测等传感器领域。
这些传感器在工业、医疗和环境监测等领域中起着重要的作用。
3.2 催化剂敏感陶瓷的催化性能使其在化学反应中发挥重要作用。
通过控制敏感陶瓷的成分和结构，可以实现高效的化学催化作用，促进反应速率、提高产物选择性。
因此，敏感陶瓷在化学工业中被广泛应用于催化剂领域。
3.3 陶瓷复合材料敏感陶瓷常与其他材料组合形成陶瓷复合材料，以提高材料的性能。
利用敏感陶瓷的特殊性质，可以改善陶瓷复合材料的力学性能、热性能、电性能等。
这些陶瓷复合材料广泛应用于航空、航天和能源等领域。
4. 总结敏感陶瓷通过利用电化学、光学、磁学和压电等原理敏感性的特点，成为传感器、催化剂和陶瓷复合材料等领域的重要材料。
敏感陶瓷的应用使得这些领域的技术得到了加速发展，并为我们的生活带来了很多便利。
《敏感陶瓷》PPT课件 (2)
磁敏陶瓷及具有多种敏感特性的多功能敏感
陶瓷等。
这些敏感陶瓷已广泛应用于工业检测、
控制仪器、交通运输系统、汽车、机器人、
防止公害、防灾、公安及家用电器等领域。
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4
1、敏感陶瓷分类
①物理敏感陶瓷：
光敏陶瓷，如CdS、CdSe等；
热敏陶瓷，如PTC陶瓷、NTC和CTR 热敏陶瓷等；
磁敏陶瓷，如InSb、InAs、GaAs等；
精选ppt
11
②电阻随温度的升高而减小的热敏电阻 称为负温度系数热敏电阻，简称NTC热敏电 阻( negative temperature coefficient )；
③电阻在某特定温度范围内急剧变化的
热敏电阻，简称为CTR临界温度热敏电阻(
critical temperature resistor )。
精选ppt
17
BaTiO3的化学计量比偏离半导化采用 在真空、惰性气体或还原性气体中加热
BaTiO3。 由于失氧，BaTiO3内产生氧缺位，为
了 保 持 电 中 性 ， 部 分 Ti4+ 将 俘 获 电 子 成 为
Ti3+。在强制还原以后，需要在氧化气氛下
重新热处理，才能得到较好的PTC特性，电
阻率为1--103cm。精选ppt
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2. 敏感陶瓷的结构与性能
陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相 系统，通过人为的掺杂，可以造成晶粒表 面的组分偏离，在晶粒表层产生固溶、偏 析及晶格缺陷等。
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8
另外，在晶界 处也会产生异质相的析 出、杂质的聚集、晶格缺陷及晶格各向异 性等。
这些晶粒边界层的组成、结构变化， 显著改变了晶界的电性能，从而导致整个 陶瓷电学性能的显著变化。
2.4敏感陶瓷
PTC的伏安特性曲线
oa段与线性电阻器变化一致，其 原因是通过热敏电阻器的电路很 小，耗散功率引起的温度变化可 忽略不计。当耗散功率增加，阻 体温度超过环境温度引起电阻增 大，曲线开始弯曲。当电压增至 Um时，电流达最大Im。电压继续 增加，电流反而减小，曲线斜率 由正变负。
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在出现金属离子空格点时，禁带附近出现了附 加能级，位臵靠近价带顶上边，可以接受电子， 称为受主能级。 在绝对零度时，所有价电子全部填充到下面 的价带，受主能级是空的。在较高温度下， 由于热激发，价带的电子跃迁到受主能级去， 产生空穴。在电场作用下，价带中的空穴可 以沿电子方向做漂移运动，产生漂移电流导 电，对电导做出贡献。
临界温度热敏电阻(Critical temperature coefficient,CTR ) ：
一些过渡金属氧化物的电阻在某一特定温度下急剧变化， 且这种变化具有再现性和可逆性，这一特定温度称临界温 度，这种材料称为临界温度热敏电阻。
线性热敏电阻(Linear temperature coefficient ) ：电阻随温
3.基本特性
1）阻温特性
热敏电阻最基本的特性
E T exp( ) 2kT
ρ T—温度T时电阻率； ρ∞—温度∞时电阻率； ∆E—活化能； T—绝对温度； k—玻耳兹曼常数
1-NTC，2-CTR 3-开关型PTC 4-缓变型PTC
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形成附加能级主要有两个途径：不含杂质的氧化物主要 通过化学计量比偏离来形成；而含杂质的氧化物附加能级 的形成还与杂质缺陷有关。
第四章 陶瓷材料及其制备-4.4敏感陶瓷
气敏陶瓷必须具有下列特性：
（1）气体选择性强
若元件的气体选择性能不佳或在使用过程中逐渐变劣，都会 给气体测试、控制或报警带来很大困难。
（2）气敏响应和复原速度快
气敏响应速度：气敏元件迅速移入被测气体中，其电阻值减 小（或增大）的速度。 复原速度：测试完毕，把元件置于普通大气中，其阻值复原 到初始数值的速度。
② ZnCr2O4系；③ CoTiO3系；④ BaNiO3系；⑤ NiWO4系；⑥ 羟基磷灰 石Ca10(PO4)6(OH)2
（2）低温烧结型湿敏陶瓷
这类陶瓷的特点湿烧结温度较低（一般低于900℃），烧结时固相反应不 完全，烧结后收缩率很小。 ① Si-Na2O-V2O5系；② ZnO-Cr2O3系；③ ZnO-Li2O-V2O5系；
3.4.2 压敏陶瓷
压敏陶瓷是在某一临界电压以下电阻值非常高，材 料几乎没有电流，但当超过这一临界电压时，电阻 急剧下降，材料中出现电流，并且随着电压的少许 增加，电流会很快增大。
压敏陶瓷I-V特性：
V I ( ) C
式中 I 为陶瓷中电流， V 为施加电压， 为非线性指数， C 为压敏电阻常数。 用途：防录音机、录像机微型马达 噪声，防半导体元件静电，防雷电。
敏感陶瓷广泛应用于：工业检测、控制仪器、交通运输系统、汽车、 机器人、防止公害、防灾、公安及家用电器等领域。
• • • •
热敏陶瓷 压敏陶瓷 气敏陶瓷 湿敏陶瓷
3.4.1 热敏陶瓷
热敏陶瓷是电阻率随温度发生明显变化的材料。
热敏陶瓷按电阻温度系数分为：
• 正电阻温度系数热敏陶瓷（PTC） • 负电阻温度系数热敏陶瓷（NTC） • 临界电阻温度系数热敏陶瓷（CTR）
制备工艺：
工艺一：用BaCO3、TiO2、Nb2O5、SnO2、SiO2、Mn(NO3)2为原料， 制成坯料，成形后烧结，BaCO3和TiO2在烧结时形成BaTiO3主晶相， 其余元素或物质进入其晶格或晶间； 工艺二： 用高纯BaCl2和TiCl4的混合液与草酸（H2C2O4）反应，生 成草酸钡钛沉淀，加热到650℃左右得到高纯BaTiO3。再与其余物质 混合烧结。
14-敏感陶瓷
概
述
工业生产和科学研究领域，需要检测、控制的对 象(信息)迅速增加。信息的获得有赖于传感器 (sensor)----各种敏感元件，其中陶瓷敏感元件占有 十分重要的地位。 敏感陶瓷多属半导体陶瓷( semiconductive ceramics)， 是继单晶半导体材料之后，又一类新型多晶半导 体电子陶瓷,是某些传感器中的关键材料之一 。 这些敏感陶瓷已广泛应用于工业检测、控制仪器、 交通运输系统、汽车、机器人、防止公害、防灾、 公安及家用电器等领域。
B、晶粒、晶界及陶瓷表面功能
陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相系统，通 过人为掺杂，造成晶粒表面的组分偏离，在晶粒 表层产生固溶、偏析及晶格缺陷；在晶界(包括同 质粒界、异质粒界及粒间相)处产生异质相的析出、 杂质的聚集，晶格缺陷及晶格各向异性等。这些 晶粒边界层的组成、结构变化，显著改变了晶界 的电性能，从而导致整个陶瓷电气性能的显著变 化。
多晶陶瓷的晶界---能级-B
晶粒边界上，位错或空位等使离子排列混乱,使得 晶粒边界上的离子扩散激活能比晶体内离子的扩散 激活能低很多，晶界氧、金属及其它离子易移动。 晶粒边界面内产生界面能级，在与晶粒内的电子状 态相平衡的界面附近狭小范围内产生空间电荷。
与氧的平衡压力相对应，晶粒边界部分发生氧化或 还原，其空间电荷分布发生变化。
B、晶界及陶瓷表面的特性
人们可以从宏观上调节化学组分、气孔率(从致密 到多孔质)；从微观上控制微区组分(主要是晶界 组分)和微观结构(晶粒、晶界等)。通过上述各种 因素的组合，产生一系列特殊功能材料。这些功 能材料的应用特性虽然与晶粒本身性质有关，但 更主要是利用晶界及陶瓷表面的特性。是单晶体 所不及的。
多晶陶瓷的晶界控制-B
敏感陶瓷
10
1、电绝缘陶瓷 —— 主要用于电子设备中安装、固定、支 撑、保护、绝缘、隔离以及连接各种无线
电零件和器件。（高频绝缘子、插座、瓷
管基板、瓷环等）。
11
Al2O3 绝缘陶瓷是应用最广的，达 90% 以上，机械强度
高、绝缘性好、热导率小，耐腐蚀，——常用作电子 电路的基片。 BeO 陶瓷的优点是热导率高，高温下绝缘性好 —— 适 宜作散热片。 半导体元件和电路对材 料的要求：高性能、小体积 ；导热率大、密度高、容易 小型化。
与传统陶瓷相比，功能陶瓷具备了一些特殊性能 ( 热、机械、化学、电磁、光)。 其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘 性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物
适应性等。
电 子 陶 瓷 磁 性 陶 瓷 敏 感 陶 瓷 超 导 陶 瓷
光 学 陶 瓷
生 物 陶 瓷
1
介电材料
电介质功能材料
铁电材料 压电材料 敏感电介质材料
12
SiC、 BN 和 AlN（碳化硅、立方氮化硼和氮化铝）也 属于导热率高，散热快的材料。
SiC的晶体结构和金刚石相似，其中 部分硅代替了部分碳的位置。
这种结构强固、致密，机械强
度高，适宜用作电子线路的基板。
13
2、电容器陶瓷
电容器的性能要求：耐较高电压，不易被击穿，介电常数高
——因此体积可以做得很小。 ，高频下可靠地工作。
电 功 能 材 料
电导体功能材料
导电材料 快离子导体 电阻材料 超导电体
2
1．导电性
材料的导电性以其电导率来度量，表明材料
在电场中传递电荷的能力。载流子数目n、每个载
流子的电荷 q 以及载流子的迁移率 ，决定了材料
的电导率或电阻率。
1、电绝缘陶瓷 —— 主要用于电子设备中安装、固定、支 撑、保护、绝缘、隔离以及连接各种无线
电零件和器件。（高频绝缘子、插座、瓷
管基板、瓷环等）。
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Al2O3 绝缘陶瓷是应用最广的，达 90% 以上，机械强度
高、绝缘性好、热导率小，耐腐蚀，——常用作电子 电路的基片。 BeO 陶瓷的优点是热导率高，高温下绝缘性好 —— 适 宜作散热片。 半导体元件和电路对材 料的要求：高性能、小体积 ；导热率大、密度高、容易 小型化。
与传统陶瓷相比，功能陶瓷具备了一些特殊性能 ( 热、机械、化学、电磁、光)。 其功能的实现主要来自于它所具有的特定的电绝缘 性、半导体性、导电性、压电性、铁电性、磁性、生物
适应性等。
电 子 陶 瓷 磁 性 陶 瓷 敏 感 陶 瓷 超 导 陶 瓷
光 学 陶 瓷
生 物 陶 瓷
1
介电材料
电介质功能材料
铁电材料 压电材料 敏感电介质材料
12
SiC、 BN 和 AlN（碳化硅、立方氮化硼和氮化铝）也 属于导热率高，散热快的材料。
SiC的晶体结构和金刚石相似，其中 部分硅代替了部分碳的位置。
这种结构强固、致密，机械强
度高，适宜用作电子线路的基板。
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2、电容器陶瓷
电容器的性能要求：耐较高电压，不易被击穿，介电常数高
——因此体积可以做得很小。 ，高频下可靠地工作。
电 功 能 材 料
电导体功能材料
导电材料 快离子导体 电阻材料 超导电体
2
1．导电性
材料的导电性以其电导率来度量，表明材料
在电场中传递电荷的能力。载流子数目n、每个载
流子的电荷 q 以及载流子的迁移率 ，决定了材料
的电导率或电阻率。
第3章 敏感陶瓷材料
伏安特性
稳态情况下，热敏电阻I与U的关系，你为热敏电阻的伏安特性 1、当流过电流小的时候，热敏电阻伏安特性符合欧姆定律 2、电流增大到一定值时，自身温度升高，热敏电阻出现负阻特性，电阻减少，电压下降 3、使用热敏电阻时，应尽量减少电流，以减少自热效应。
热敏电阻的分类
• ①电阻随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数热敏电阻，
敏感陶瓷在某些传感器中，是关键
材料之一，用于制造敏感元件。
气体报警器
工业用固定式气体报警器由报警控制器和探测器组成， 控制器可放置于值班室内，主要对各监测点进行控制，探 测器安装于气体最易泄露的地点，其核心部件为内置的气 体传感器，传感器检测空气中气体的浓度。探测器将传感 器检测到的气体浓度转换成电信号，通过线缆传输到控制
新千年之初一个令人兴奋的消息便是，具有负折射率的材料实际上是存在的，它就是我们所说的“超材料”。上世纪60年代，前苏联科学家菲斯拉 格便预言，同时具备负渗透率和负电容率的材料便可拥有负折射率。时下，这一预言已成为现实：在穿过超材料时，光线或者微波会朝着“错误的 方向”弯曲。第一种超材料是安装在印刷电路板格构上由金属线和开口环构成的一个合成物，这是一种人造的由重复微型元件组成的结构，在设计 上拥有特殊性质。至关重要的是，如果超材料的结构在很大程度上小于光的波长，我们仍可以用麦克斯韦的电磁理论描述它的电磁反应：细金属线 结构产生千兆赫频率的负电反应；开口环结构产生负磁反应。2000年，加州大学圣地亚哥分校的大卫-史密斯、威利-帕蒂拉和谢丽-斯库特兹第一次 将这些结构组合在一起，制造出拥有负折射率电阻 （最适合测温的材料） 具有负的温度系数的半导体陶瓷材料 电阻值随温度升高而降低
Mn，Co，Ni，Fe的氧化物的混合物
NTC电阻材料
6.4 敏感陶瓷(2009.12.13)
1.2 应用 敏感陶瓷广泛应用于工业检测、控制仪器、交通 运输系统、汽车、机器人、防止公害、防灾、公 安及家用电器等领域。 各种敏感陶瓷的分类、用途及材料见表6-6 （P200）。
2 敏感陶瓷的半导化过程
敏感陶瓷绝大部分是由各种氧化物组成的，在常温下 它们都是绝缘体，要使它们变为半导体，需要一个半 导化的过程。 所谓半导化，是指在禁带中形成附加能级：施主能级 或受主能级。它们的电离能一般比较小，在室温下就 可以受到热激发产生导电载流子，从而形成半导体。 形成附加能级主要有两个途径：不含杂质的氧化物主 要通过化学计量比偏离来形成；而含杂质的氧化物附 加能级的形成还与杂质缺陷有关。
4 气敏陶瓷
随着现代科学技术的发展，人们所使用和接触的气体 越来越多，因此要求对这些气体的成分进行分析、检 测及报警的领域也日益扩大。尤其是易燃、易爆、有 毒气体等，必须对这些气体进行严密监测，避免火灾、 爆炸及大气污染等事故的发生。 对于以上气体的分析、检测、监测等可采用新发展起 来的半导法。半导法结构简单、灵敏度高、使用方便、 价格便宜。气敏陶瓷就是其中较重要的分支。
6.4 敏感陶瓷
本章主要内容: 1 敏感陶瓷的分类及应用 2 敏感陶瓷的半导化过程 3 热敏陶瓷 3.1 热敏陶瓷的分类 3.2 热敏陶瓷的电阻温度系数 3.3 热敏陶瓷阻温特性 3.4 PTC热敏电阻陶瓷 3.5 NTC热敏电阻陶瓷 4 气敏陶瓷 4.1 气敏陶瓷分类 4.2 气敏陶瓷的性能 4.3 典型的气敏陶瓷
1 敏感陶瓷的分类及应用
1.1 分类
敏感陶瓷多属半导体陶瓷，是新型多晶半导体电子陶瓷。 根据某些陶瓷的电阻率、电动势等物理量对热、湿、光、 电压及某种气体、某种离子的变化特别敏感这一特性， 可把这些材料分别称作热敏、湿敏、光敏、压敏、气敏 及离子敏感陶瓷。这类材料大多是半导体陶瓷，如ZnO、 SiC、SnO2、TiO2、Fe2O3、BaTiO3和SrTiO3等。 此外，还有具有压电效应的压力、位置、速度、声波敏 感陶瓷，具有铁氧体性质的磁敏陶瓷及具有多种敏感特 性的多功能敏感陶瓷等。
2.4敏感陶瓷
热敏电阻器的电阻值RT与其自身温度T的关系式：
PTC的热敏电阻值： NTC的热敏电阻值：
RT
AP
exp( BP ) TRTຫໍສະໝຸດ ANexp( BN T
)
AP、AN——取决于材料物理特性和热敏电阻器结构尺 寸的常数；
BP、BN——表征材料物理特性的常数
第17页，共67页。
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2）伏安特性
即电压-电流特性，表示在热敏电阻器两端的电压和通过它的电 流在热敏电阻器和周围介质热平衡时的关系，即加在元件上的电 功率和耗散功率相等的关系。
PTC的伏安特性曲线
oa段与线性电阻器变化一致，其原因是 通过热敏电阻器的电路很小，耗散功率 引起的温度变化可忽略不计。当耗散功 率增加，阻体温度超过环境温度引起电 阻增大，曲线开始弯曲。当电压增至Um
1-NTC，2-CTR 3-开关型PTC 4-缓变型PTC
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B E 2k
为与半导体物理性能有关的常数 ， 称为材料常数，是热敏电阻材料 的特征参数。
T
1
T
dT
dT
为电阻温度系数，是温度的函 数，有正负之分，相应的材料 分别为PTC和NTC热敏陶瓷。
所谓半导化，指在禁带中形成附加能级：施主能级或受主能级。
一般来说，这些施主能级多数是靠近导带底的，而受主能级多 数是靠近价带顶的。即它们的电离能一般比较小，室温下就可 以受到热激发产生导电载流子，从而形成半导体。
形成附加能级主要有两个途径：不含杂质的氧化物主要通 过化学计量比偏离来形成；而含杂质的氧化物附加能级的形成还与
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而制得的。
按其相应的特性，可把这些材料分别称作热
敏、湿敏、光敏、压敏、气敏及离子敏感陶瓷。
此外，还有具有压电效应的压力、位臵、
速度、声波等敏感陶瓷，具有铁氧体性质的磁 敏陶瓷及具有多种敏感特性的多功能敏感陶瓷 等。 这些敏感陶瓷已广泛应用于工业检测、控 制仪器、交通运输系统、汽车、机器人、防止 公害、防灾、公安及家用电器等领域。
C、化学计算比（Ba/Ti）的影响 在TiO2稍微过量时通常会呈现最低体积电阻率；在 Ba过量时体积电阻率往往会增高，且使瓷料易于实 现细晶化。 D、Al2O3对PTC陶瓷的影响 Al3+在BaTiO3基陶瓷中有三种存在位置：①当TiO2高 度过量时，Al3+有可能被挤到BaTiO3晶格的Ba2+位置， 这时Al3+的作用是施主；②在Al2O3-SiO2-TiO2掺杂的 PTC瓷料中，Al3+处于玻璃相中，能够起到吸收受主 杂质、纯化主晶相的作用；③在未引入SiO2、且 TiO2也不过量的情况下，Al3+将取代BaTiO3晶格中 的Ti4+，起受主作用。显然，①、②种情况下对PTC 瓷料的半导化起有益作用。③是有害的。
PTC是Positive Temperature coefficient (正温度系数)的缩写，是一种以钛酸 钡(BaTiO3)为主要成分的半导体功能 陶瓷材料，具有电阻值随着温度升高 而增大的特性，特别是在居里温度点 附近电阻值跃升有3～7个数量级。 利用其最基本的电阻温度特性及电 压-电流特性与电流-时间特性，PTC系 列热敏电阻已广泛应用于工业电子设 备，汽车及家用电器等产品中，以达 到自动消磁、过热过流保护，马达启 动，恒温加热，温度补偿、延时等作 用。
B、掺杂 在氧化物中，掺入少量高价或低价杂质离子，引起氧 化物晶体的能带畸变，分别形成施主能级和受主能级。 从而形成n型或p型半导体陶瓷。 （3） BaTiO3陶瓷的半导化 一般采用掺杂施主金属离子。在高纯BaTiO3陶瓷中， 用La3+、Ce4+、Sm3+、Dy3+、Y3+、Sb3+、Bi3+等置换Ba2+。 或用Nb5+、Ta5+、W6+等置换Ti4+。 掺杂量一般在0.2%~0.3%之间，稍高或稍低均可能导 致重新绝缘化。
电阻值随温度升高而增加的称为正温度系数（PTC）热敏电阻 电阻值随温度升高而减小的称为负温度系数（NTC）热敏电阻
热敏半导体陶瓷材料就是利用它的电阻、磁 性、介电性等性质随温度而变化，用它作成的 器件可作为温度的测定、线路温度补偿及稳频 等，且具有灵敏度高、稳定性好、制造工艺简 单及价格便宜等特点。 按照热敏陶瓷的电阻-温度特性，一般可分为 三大类： 1电阻随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系 数热敏电阻，简称PTC热敏电阻； 2电阻随温度的升高而减少的热敏电阻称为负温度 系数热敏电阻，简称NTC热敏电阻； 3电阻在某特定温度范围内急剧变化的热敏电阻， 简称为CTR临界温度热敏电阻。
B、晶粒大小的影响 晶粒大小与正温度系数、电压系数及耐压值有密切 的关系。一般说来，晶粒越细小，晶界的比重越大， 外加电压分配到每个晶粒界面层的电压就越小。因此， 晶粒细小可降低电压系数，提高耐压值。 BaTiO3热敏陶瓷的PTC特性的高低，与陶瓷的晶粒 大小密切相关。研究表明，晶粒在5um左右的细晶陶瓷 具有极高的正温度系数。 要获得细晶陶瓷，首先要求原料细、纯、匀、来源 稳定，其次可通过添加一些晶粒生长抑制剂，达到均 匀细小净粒结构的目的。此外，加入玻璃形成剂和控 制升温速度也可以抑制晶粒长大。
1、敏感陶瓷分类
①物理敏感陶瓷： 光敏陶瓷，如CdS、CdSe等；
热敏陶瓷，如PTC陶瓷、NTC和CTR
热敏陶瓷等； 磁敏陶瓷，如InSb、InAs、GaAs等；
声敏陶瓷，如罗息盐、水晶、 BaTiO3、PZT等； 压敏陶瓷，如ZnO、SiC等； 力敏陶瓷，如PbTiO3、PZT等。
②化学敏感陶瓷 氧敏陶瓷，如SnO2、ZnO、ZrO2等； 湿敏陶瓷，TiO2—MgCr2O4、ZnO-
（5）影响PTC热敏陶瓷性能的因素 A、组成对居里温度的影响 不同的PTC热敏陶瓷对Tc(开关温度)有不同 的要求。通过控制BaTiO3的居里点可以解决。 改变Tc称“移峰”，通过改变组成，即加入某 些化合物可以达到“移峰”的目的，这些加入 的化合物称为“移峰剂”。 “移峰剂”具有与Ba2+、Ti4+离子大小、价 态相似的金属离子，可以取代Ba2+、Ti4+离子， 形成连续固溶体。如PbTiO3 （高于120℃， Tc=490℃）、 SrTiO3（低于120℃，Tc=150℃）。
显著改变了晶界的电性能，从而导致整 个陶瓷电学性能的显著变化。
热敏陶瓷
thermistor ceramics
热敏陶瓷是指对温度变化敏感的陶瓷材料。 热敏电容
热 敏 陶 瓷
正温度系数热敏电阻
（BaTiO3半导体瓷）
热敏电阻
负温度系数热敏电阻
（MnCoNi半导体瓷）
热释电材料
热敏电阻是一种电阻值随温度变化的电阻元件。
RT AN e
LnR1 LnR2 1 1 T1 T2
AP、AN为与形状尺寸相关耗的功率，描述了热 敏电阻工作时与外界环境进行热交换的大小。
其中：W T T0 I R
热敏电阻消耗的功率(mW) 热敏电阻的温度 环境温度 在温度T时通过热敏电阻的电流（mA） 在温度T时热敏电阻的电阻值(Ω)
氛下重新热处理，才能得到较好的PTC特
性，电阻率为1--103cm。
采用掺杂使BaTiO3半导化的方法之一是施 主掺杂法，该法也称原子价控制法。 如果用离子半径与Ba2+相近的三价离子(如 La3+、Ce3+、Nd3+、Ga3+、Sm3+、Dy3+、Y3+、
Bi3+、Sb3+等)臵换Ba2+，或者用离子半径与Ti4+
迅速提高，甚至变成绝缘体。
BaTiO3的电阻率降至最低点的掺
杂浓度(质量分数)为：Nd 0.05％，Ce、 La、Nb 0.2％~0.3％，Y 0.35％
采用掺杂使BaTiO3 半导化的方法之二是 AST 掺 杂 法 ， 以 SiO2 或 AST
( 1/3A12O3 · 3/4SiO2· 1/4TiO2 )对BaTiO3进行掺杂， AST加入量3％(摩尔分数)于1260 --1380℃烧成 后，电阻率为40--100cm。
（2）陶瓷的半导化 由于在常温下是绝缘体，要使它们变成半导体， 需要一个半导化。所谓半导化，是指在禁带中 形成附加能级：施主能级或受主能级。在室温 下，就可以受到热激发产生导电载流子，从而 形成半导体。 形成附加能级的方法：通过化学计量比偏离 和掺杂。 A、化学计量比偏离 在氧化物半导体陶瓷的制备过程中，通过控 制烧结温度、烧结气氛以及冷却气氛等，产生 化学计量的偏离。
基本特性
1、标准阻值（R） 热敏电阻器在规定温度下（25℃），采用引起电阻 值不超过0.1%的功率测得的电阻值，称为标准阻值。 2、材料常数（B） 表征热敏电阻材料物理特性的常数，与标准阻值的 关系如下式：
PTC热敏电阻 NTC热敏电阻
RP APe
BT
B T
BP
BN
LnR1 LnR2 T1 T2
敏感陶瓷
随着科学技术的发展，在工业生产领 域、科学研究领域和人们的日常生活中，
需要检测、控制的对象(信息)迅速增加。
信息的获取有赖于传感器，或称敏感
元件。
在各种类型的敏感元件中，陶瓷敏感 元件占有十分重要的地位。 敏感陶瓷在某些传感器中，是关键材 料之一，用于制造敏感元件。
敏感陶瓷用于制造敏感元件，是根据某些陶 瓷的电阻率、电动势等物理量对热、湿、光、电 压及某种气体、某种离子的变化特别敏感的特性
Li2O-V2O5等。
生物敏感陶瓷也在积极开发之中。
2. 敏感陶瓷的结构与性能
陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相 系统，通过人为的掺杂，可以造成晶粒表 面的组分偏离，在晶粒表层产生固溶、偏 析及晶格缺陷等。
另外，在晶界 处也会产生异质相的
析出、杂质的聚集、晶格缺陷及晶格各
向异性等。
这些晶粒边界层的组成、结构变化，
（3）室温电阻率 是指25℃时的零功率电阻率ρ a。 （4）电压-电流特性 （5）耐压特性 是指PTC热敏电阻陶瓷所承受的最高电压Vmax。 （6）电流-时间特性 （7）放热特性
二、PTC热敏陶瓷材料 PTC热敏电阻器有两大系列：一类是采用BaTiO3 为基材料制作的PTC；另一类是以氧化钒为基的 材料。 1、 BaTiO3系PTC热敏电阻陶瓷 （1） BaTiO3陶瓷产生PTC效应的条件 当BaTiO3陶瓷材料中的晶粒充分半导化，而晶界 具有适当绝缘性时，才具有PTC效应。 PTC效应完全是由其晶粒和晶界的电性能决定， 没有晶界的单晶不具有PTC效应。
4、时间常数（τ） 热敏电阻在零功率状态下，当环境温度由一个特定 温度向另一个特定温度突变时，热敏电阻阻值变化 63.2%所需时间。 起始温度：25℃～85℃或0℃～100℃ 5、温度系数（αT） 当温度变化1℃时，热敏电阻阻值的变化率。
1 dRT T RT dT
αT和RT对应于温度T（K）时的电阻温度系数和电阻 值，在工作温度范围内，αT不是一个常数。
三、PTC热敏电阻的应用 为温度敏感特性的应用、延迟特性的 应用及加热器方面的应用。 1、温度监控传感器 2、彩色电视机消磁 3、电冰箱起动器
PTC热敏电阻可用于计算机及其外部 设备、移动电话、电池组、远程通讯和 网络装备、变压器、工业控制设备、汽 车及其它电子产品中，作为开关类的 PTC陶瓷元件，具有开关功能。使电器 设备避免过流、过热损坏；作为加热类 的PTC陶瓷元件，它是一种温度自控的 发热体，大量用于暖风机、电吹风、电 蚊香、电熨斗等需要保持恒定温度的电 器上，可省去一套温控线路。