敏感陶瓷的开发与应用
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。
化学传感器中的陶瓷敏感材料的制备和性能研究
化学传感器中的陶瓷敏感材料的制备和性能研究概述：化学传感器是一种能够通过识别和测量特定化学物质的设备，其在实现实时监测、环境污染监测、医疗诊断等领域具有广泛应用。
陶瓷敏感材料作为化学传感器中的重要组成部分，扮演着起到反应、传递和转换电信号等关键作用。
本文将围绕化学传感器中的陶瓷敏感材料的制备方法和性能研究展开讨论。
一、陶瓷敏感材料的制备方法1. 沉积法沉积法是一种常用的制备陶瓷敏感材料的方法。
通过溶液中的化学反应，使所需材料逐渐沉积在基底上。
具体而言，可以采用溶胶-凝胶法、溶液浸渍法等方法。
这些方法能够控制陶瓷敏感材料的纯度、晶相以及形貌，从而调控其传感性能。
2. 烧结法烧结法是另一种常用的陶瓷敏感材料制备方法。
通过将合适比例的材料粉体混合，然后在一定温度和压力条件下进行烧结，使颗粒之间形成致密的结构。
这种方法制备的陶瓷敏感材料具有高纯度、均匀性好等优点，能够提高化学传感器的灵敏度和稳定性。
3. 水热法水热法是一种在高温和高压的条件下进行反应合成的方法。
通过在水溶液中加入适当的化学试剂和模板，可控制反应过程中陶瓷敏感材料的形貌和结构。
这种方法能够制备出具有较大比表面积和丰富活性位点的陶瓷敏感材料，有利于提高传感器的灵敏度和选择性。
二、陶瓷敏感材料的性能研究1. 传感性能陶瓷敏感材料作为化学传感器中的活性层，其对待测化学物质的敏感性能是评价其性能的重要指标之一。
传感性能包括灵敏度、选择性、响应速度和稳定性等方面。
灵敏度是指传感器对待测物质浓度变化的敏感程度；选择性是指传感器对多种干扰物质的响应程度；响应速度是指传感器从接收到信号到产生相应反应的时间；稳定性是指传感器在长时间应用中性能的保持程度。
通过系统的测试和分析，可以全面评估陶瓷敏感材料的传感性能。
2. 结构与性能关系陶瓷敏感材料的结构与其性能有密切关系。
例如，陶瓷敏感材料的晶体结构、晶粒大小、晶面朝向等参数的变化，会影响其电导率、介电常数、场效应等电学性能。
《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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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；
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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 )。
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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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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。
氧化锌压敏陶瓷的制备应用性能
氧化锌压敏陶瓷1.功能陶瓷所谓功能陶瓷，就是指在微电子、光电子信息和自动化技术以及生物医学、能源和环保工程等基础产业领域中所用到的陶瓷材料。
功能陶瓷所具有的独特声、光、热、电磁等物理特性和生物、化学以及适当的的力学特性，在相应的工程和技术中起到了关键的作用。
这种陶瓷材料从其形态上可以分为块体、粉体、纤维和薄膜四种类型。
2.压敏陶瓷压敏陶瓷既是功能陶瓷的一种，它是指一定温度下，某一特定电压范围内，具有非线性伏安特性且其电阻随电压的增加而急剧减小的一种半导体陶瓷材料。
目前压敏陶瓷主要有4大类—— SiC、TiO2、SrtiO3和ZnO。
其中应用广、性能好的当属氧化锌压敏陶瓷。
由于ZnO压敏陶瓷呈现较好的压敏特性，压敏电阻α值（非线性指数）高( α>60，比SiC压敏电阻器10倍以上)，有可调整C值和较高的通流容量，因此得到广泛的应用。
在电力系统、电子线路、家用电器等各种装置中都有广泛的应用，尤其在高性能浪涌吸收、过压保护、超导性能和无间隙避雷器方面的应用最为突出。
3.氧化锌压敏陶瓷ZnO压敏陶瓷生产方法是在ZnO 中添加Bi2 O3、Co2 O3、MnO2、Cr2 O3、Al2 03、Sb2 03、Ti02、Si02、B2O3 和PbO 等的氧化物。
在配方中常含有Bi 元素，其主晶相为具有n型半导体特性的ZnO；此外，瓷相中除有少量添加物与ZnO形成的固溶体外，大部分添加物在ZnO晶粒之间形成连续晶相。
主晶相ZnO 是n型半导体，体积电阻率为10 ·m以上的高电阻层。
因此，外加电压几乎都集中在晶界层上，其晶界的性质和瓷体的显微结构对ZnO电阻的压敏特性起着决定性作用。
一般ZnO的粒径d为几微米到几十个微米，晶界层厚度为0．02～0．2 ；也有人认为晶界相主要集中于三到四个ZnO晶粒交角处，晶界相不连续，在ZnO 晶粒接触面间形成有一层厚度20U左右的富铋层，其性质对非线性特性起重要作用。
第十章多功能敏感陶瓷
• 这些 敏感元件的研制成功，表明这种系统的陶瓷原来就 敏感元件的研制成功， 是一种具有双重功能的敏感陶瓷。 是一种具有双重功能的敏感陶瓷。当进一步研究这种陶瓷 系多孔性陶瓷， 固有的多功能特性后发现， 固有的多功能特性后发现， MgCr204-Ti02系多孔性陶瓷， 度在150 ℃以下时，仅对水蒸气敏感，而在 以下时，仅对水蒸气敏感，而在300 当环境温 度在 型半导体特性， ℃ --550℃时的高温下，陶瓷呈现出 型半导体特性，对 ℃时的高温下，陶瓷呈现出P型半导体特性 水蒸气的敏感性消失，而显示出对各种占毛体的敏感性。 水蒸气的敏感性消失，而显示出对各种占毛体的敏感性。 利用℃系多孔特性陶瓷的这些特性， 利用℃系多孔特性陶瓷的这些特性，并借助于掩蔽技术和 引入在电气上无串扰的分离技术 便在单个元件上试制成 湿度一气体双重功能的传感器
二、BaTiO3-SrTiO3系敏感陶瓷
• BaTi03-SrTiO3系陶瓷是一种介电常数与温度有大的依赖关系的铁电 陶瓷材料，其介电常数随着温度上升而增大，在居里温度 附近达 陶瓷材料，其介电常数随着温度上升而增大，在居里温度Tc附近达 到了极大值， 以上则遵循居里一外斯定律， 到了极大值，在Tc以上则遵循居里一外斯定律，介电常数随着温度 以上则遵循居里一外斯定律 继续上升而急剧下降。利用这种陶瓷的电容量随温度变化的特性， 继续上升而急剧下降。利用这种陶瓷的电容量随温度变化的特性，便 可用来制成检测温度的传感器。此外， 可用来制成检测温度的传感器。此外， BaTi03-SrTiO3系也和 MgCr204 -TiO2系陶瓷一样，通过控制烧结条件，可以制成多孔性陶 系陶瓷一样，通过控制烧结条件， 瓷，它的所有细孔几乎都与外表面连通，水蒸汽经由细孔扩散到陶瓷 它的所有细孔几乎都与外表面连通， 内部并被吸附在晶界的表面上，而且能在短时间内达到吸附、 内部并被吸附在晶界的表面上，而且能在短时间内达到吸附、解吸附 的平衡状态。于是，利用陶瓷晶界表面吸附水分引起电阻值的变化， 的平衡状态。于是，利用陶瓷晶界表面吸附水分引起电阻值的变化， 便可用来检测湿度。因此，采用这种陶瓷的上述双重特性， 便可用来检测湿度。因此，采用这种陶瓷的上述双重特性，便在单个 元件上制成了温度一湿度多功能传感器 。
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。
第七章敏感陶瓷
第七节 气敏陶瓷
分类
按其气敏机理可以分为：半导体式和固体电解质式两 类，其中半导体式又分为表面效应型和体效应型两种；
按制备方法将气敏陶瓷分为多孔烧结型、薄膜型和厚 膜型；
也可直接用化合物类型分类。
第七节 气敏陶瓷
气敏原理
1）能级生成理论
氧化性气体吸附于n型半导体气敏材料表面，
气体从半导体表面夺取电子形成负离子，从
第二节 半导体
能带结构
导体、半导体、绝缘体能带结构
第二节 半导体
本征半导体
共价晶体中的电子受到热激发
第二节 半导体
本征半导体
载流子浓度
ne
nh
N
exp(
Eg 2kT
)
第二节 半导体
杂质半导体
导带
价带
n型半导体
施主杂质电子浓度
ne
(施主）
Nd
exp(
Ed 2kT
)
第二节 半导体
杂质半导体
导带
1) 施主掺杂（高价取代低价）
Ba
2Ti
O 4 2 3
xLa3
Ba12x Lax3Ti14x (Ti4
e)x O32
xBa2
第三节 敏感陶瓷
2、异价离子掺杂
2) 受主掺杂（低价取代高价）
NiO xLi Ni122x (LiNi )x (Ni2 h )x O xNi2 xe
O2得到电子 形成O2-
第七章 敏感陶瓷
第一节 敏感陶瓷概述
湿度计
烟雾报警器
第一节 敏感陶瓷概述
敏感陶瓷
物理量 变化
电信号 变化
第一节 敏感陶瓷概述
敏感陶瓷定义
某些陶瓷的电阻率、电动势等物理量对 热、湿、声、光、磁、电压及气体、离子的 变化特别敏感，这类陶瓷称为敏感陶瓷。
精密陶瓷制备技术及应用研究
精密陶瓷制备技术及应用研究随着科技的不断发展，精密陶瓷制备技术已经越来越深入人们的生活，并在各个行业得到了广泛的应用。
从医学到航空航天，从汽车工业到电子技术，精密陶瓷应用的范围越来越广。
本文将从制备技术和应用研究两个方面来探讨这一主题。
1. 精密陶瓷制备技术精密陶瓷，也就是高性能陶瓷，是指在化学成分、结构和物理性质等方面具有特殊性能和特殊应用价值的陶瓷制品。
制备精密陶瓷的技术主要包括粉料制备、成型、烧结等环节。
（1）粉料制备精密陶瓷的制备主要依赖于高质量的粉料。
粉料的制备方法根据材料的性质不同而有所不同。
对于无机陶瓷材料，通常采用溶胶-凝胶法、小分子缩聚法等化学方法制备粉体。
对于有机陶瓷材料，采用溶液聚合法、热聚合法等方法制备粉体。
（2）成型精密陶瓷的成型分为模压成型、注塑成型、挤压成型、流延成型等多种方法。
其中，模压成型是一种较为常用的方法。
通过模具将粉末压制成所需的形状，这种方法具有成型效率高、成型精度高等特点。
（3）烧结烧结是制备精密陶瓷的关键步骤，主要是通过高温、高压或气氛控制等手段使粉体颗粒之间发生结合反应，形成致密的陶瓷微结构。
烧结温度和气氛控制是决定陶瓷性质的关键因素。
2. 精密陶瓷应用研究（1）医学领域精密陶瓷在医学领域的应用主要包括牙科、骨科等方面。
牙科材料主要包括氧化锆、氧化铝陶瓷等，用于制作牙冠、牙瓷等修复工具。
骨科材料主要是羟基磷灰石、氧化锆等，被广泛应用于骨修复和再生领域。
（2）航空航天领域航空航天领域对于材料的品质要求极高，这也使得精密陶瓷在这个领域得到了广泛的应用。
特别是氧化锆等高温陶瓷可以作为航天器的保护层，提高航天器的使用寿命。
（3）汽车工业领域目前，在汽车发动机的喷油嘴等高精度零部件中，精密陶瓷被广泛应用。
与传统金属材料相比，精密陶瓷的电气性能、耐腐蚀性、耐磨损性、耐高温性等特点使其更加耐用。
（4）电子技术领域在电子技术领域中，精密陶瓷的应用也越来越广泛。
氧化铝、氮化硅等都是电子器件中的重要材料。
《敏感陶瓷》课件 (2)
结语
敏感陶瓷的重要性
敏感陶瓷在传感领域的重要性不容忽视，为 各类传感器的性能提升和应用拓展提供了新 的可能。
总结及展望
通过了解敏感陶瓷的制备方法、特性分析和 应用案例，我们对其未来发展有了更深入的 认识。
制备方法
常见的制备方法
烧结法、溶胶-凝胶法的优缺点比较
不同制备方法具有各自的特点和优缺点，了解 并比较这些方法有助于选择适合的制备方法。
特性分析
1
基本特性
敏感陶瓷具有高灵敏度、快速响应、稳定性好等特性，可用于各种传感应用。
2
机理分析
通过深入研究敏感陶瓷的响应机理，可以揭示其物质结构与性能之间的关系。
电子传感器
敏感陶瓷可以用于制造各种类型的电子传感器， 如压力传感器、温度传感器等。
展望
未来应用前景
敏感陶瓷在生物医学、环境监测、智能传感等 方向具有广阔的应用前景，可以满足人们对高 性能传感器的需求。
研究方向及挑战
未来的研究可以侧重于提高敏感陶瓷响应的灵 敏度、稳定性和可靠性，同时应对制备过程等 方面的挑战。
3
性能优化
探索改善敏感陶瓷性能的方法，如增加纳米材料掺杂、调节制备工艺等。
应用案例
生物传感器
敏感陶瓷可以用于生物传感领域，用于检测细 胞、蛋白质、DNA等生物分子的存在和浓度。
化学传感器
敏感陶瓷可应用于检测污染物、化学物质浓度、 气体组分等，发挥着重要的监测功能。
光学传感器
敏感陶瓷在光学领域的应用包括光纤传感、光 学信号调制等，为高精度测量提供技术支持。
《敏感陶瓷》PPT课件 (2)
敏感陶瓷是一种具有特殊响应性能的陶瓷材料。本课程将介绍敏感陶瓷的定 义、制备方法、特性分析、应用案例、未来前景等内容。
精密陶瓷技术的应用
精密陶瓷技术的应用一、引言精密陶瓷技术是一种具有高硬度、高强度、高耐磨、耐高温、绝缘性能优异的新型陶瓷材料。
它在电子、机械、化工、医疗等领域得到广泛应用。
本文将从这些领域的应用角度来探讨精密陶瓷技术的发展和应用。
二、电子领域中的应用1. 陶瓷封装材料精密陶瓷具有优异的绝缘性能和高温稳定性，在电子元器件的封装中起到了重要作用。
例如，集成电路封装中常用的陶瓷封装材料能够提供可靠的绝缘保护，同时具有良好的导热性能，确保电子元器件的稳定工作。
2. 陶瓷基电路板精密陶瓷材料还被广泛应用于高频电子设备中的电路板制造。
相比于传统的玻璃纤维基板，陶瓷基电路板具有更好的导热性能和耐高温性能，能够满足高频电子设备对于信号传输和散热的要求。
三、机械领域中的应用1. 陶瓷刀具精密陶瓷具有高硬度和耐磨性，被广泛应用于机械加工中的刀具制造。
陶瓷刀具不仅具有更长的使用寿命，而且在高速切削时能够保持较高的切削效率和较好的表面质量。
2. 陶瓷轴承精密陶瓷材料具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，在机械设备中的轴承应用中表现出良好的性能。
陶瓷轴承不仅能够减小摩擦损失，提高机械设备的效率，而且能够耐受较高的工作温度和恶劣的工作环境。
四、化工领域中的应用1. 化工设备的防腐蚀涂层精密陶瓷具有耐腐蚀性，可用于化工设备的防腐蚀涂层。
陶瓷涂层能够有效保护设备表面免受腐蚀介质的侵蚀，延长化工设备的使用寿命。
2. 化学触媒载体精密陶瓷材料的高比表面积和化学稳定性使其成为理想的触媒载体。
陶瓷触媒载体能够提供更多的活性位点，提高催化反应的效率和选择性。
五、医疗领域中的应用1. 人工关节精密陶瓷材料具有与人体组织相似的生物相容性和耐磨性，在人工关节的制造中得到了广泛应用。
陶瓷人工关节能够减少摩擦损失，提高关节的稳定性和寿命。
2. 医用陶瓷材料精密陶瓷材料在医疗器械的制造中也发挥着重要作用。
例如，陶瓷刀片在手术中的应用能够实现更精确的切割和更小的创伤。
六、结语精密陶瓷技术的应用领域广泛，不断推动着科技的进步和产业的发展。
低温敏感陶瓷材料的制备与应用
低温敏感陶瓷材料的制备与应用在现代科技发展的时代背景下，陶瓷材料已经成为了各个领域不可或缺的重要材料之一。
而低温敏感陶瓷材料则作为陶瓷材料中的一种重要类型，其具有着广泛的应用前景和巨大的市场需求。
本文将主要探讨低温敏感陶瓷材料的制备方法以及其在各个领域中的应用情况。
首先，我们需要了解低温敏感陶瓷材料的制备方法。
低温敏感陶瓷材料的制备需要考虑到多种因素，如烧结温度、材料成分和添加剂等。
目前，常用的制备方法主要包括固相反应法、合成法以及溶胶-凝胶法等。
固相反应法是指通过将不同的原料混合，并在一定的温度条件下进行烧结来制备低温敏感陶瓷材料。
合成法则是通过化学反应直接合成所需的陶瓷材料。
溶胶-凝胶法则是将溶胶溶液加入到溶剂中形成凝胶，然后通过热处理得到相应的陶瓷材料。
这些制备方法各有优缺点，可以根据具体需求选择适合的制备方法。
接下来，我们来讨论低温敏感陶瓷材料在各个领域的应用情况。
首先是电子领域。
随着电子科技的不断发展，人们对电子器件的要求也越来越高。
而低温敏感陶瓷材料由于其优良的绝缘性能、高介电常数以及低电子损耗等特点，被广泛应用于电子元件的制造过程中。
比如，低温敏感陶瓷材料可以用于制备电容器、铁电器件以及传感器等，从而提高电子元件的性能和稳定性。
其次是能源领域。
能源问题是当前社会面临的一个重要问题，而低温敏感陶瓷材料则可以作为一种重要的能源材料而得以应用。
比如，低温敏感陶瓷材料可以用于制备高效的太阳能电池。
通过将低温敏感陶瓷材料作为太阳能电池的材料，可以提高太阳能电池的转换效率，从而提高能源的利用效率。
此外，低温敏感陶瓷材料还可以用于制备储能材料，如锂离子电池和超级电容器等，从而提高能源的储存和利用效率。
最后是生物医学领域。
随着医学技术的不断发展，人们对材料在生物医学领域中的应用也提出了更高的要求。
低温敏感陶瓷材料由于其生物相容性好、稳定性高以及可调节的敏感特性，被广泛应用于生物医学领域。
比如，低温敏感陶瓷材料可以用于制备人工骨骼、人工心脏瓣膜以及医学传感器等，从而改善人类的健康状况和生活质量。
敏感陶瓷 B
E
一定 ），R与T成指数关系。
14.3.3.3 NTC热敏电阻材料
(1)大多数NTC热敏电阻材料是尖晶石型半导体 包括二元和多元系氧化物。二元系金属氧化物主要有： CoO-MnO-O2 等系。 三元系有：MnO-CoO-NiO等Mn系和CuO-FeO-NiO、CuO-FeO-CoO等非Mn系。 此外，还有厚薄膜材料正在不断开发并获得迅速发展。 （2）常温NTC热敏电阻材料 ①含Mn二元系 a、 CoO -MnO-O2二元系. 主晶相为立方尖晶石MnCo2O4 导电载流子是Co和Mn电子。 b 、 CuO-MnO-O2二元系：主晶相为立方尖晶石MnCu2O4 导电载流子是Cu和Mn电子 c 、 NiO-MnO-O2二元系：主晶相为立方尖晶石MnNi2O4 导电载流子是Ni和Mn电子 ②含Mn三元系：有 MnO-CoO-NiO、MnO-CuO-NiO、MnO-CuO-CoO等。 在含Mn的三元系中，随着Mn含量增大，电阻率增大。和不含Mn的三元系 比较，含Mn三元系组成对电性能的影响小，产品一致性好。
14.3 热敏陶瓷
热敏陶瓷是对温度变化敏感的陶瓷材料。它可分为热敏电阻、热敏电容、热 电和热释电等陶瓷材料。在种类繁多的敏感元件中，热敏电阻应用最广。 热敏电阻瓷的分类列于下表
分类依据 按 电 阻 -温 度 特性分类 种 类 名 称 负 温 度 系 数 热 敏 电 阻 [如 图 14.3 曲 线 （ 1） ] 临 界 负 温 度 系 数 热 敏 电 阻 [如 图 14.3 曲 线 （ 2） ] 正 温 度 系 数 热 敏 电 阻 [如 图 14.3 曲 线 （ 3） ] 缓 变 型 正 温度 系 数热 敏 电 阻 [如 图 14.3 曲 线 （ 4） ] 按 应 用 特 性 分类 按 结 构 形 式 分类 测温、控温、温度补偿 稳压和功率测量 气压和流量测量 直热式 旁热式 利 用 电 阻 -温 度 特 性 利 用 伏 -安 特 性 的 非 线 性 利用耗散系数随环境状态不同而变化 由电阻本身通过电流发热 利用外加电源产生热量加热热敏电阻 当 温 度 超 过 居 里 点 时 ，电 阻 值 急 剧 增 大 ，其 温 度 系 数 可 达 +10%~60%/? 以 上 其 电 阻 温 度 系 数 在 +0.5%~8%/? 之 间 小 温度超过临界温度后电阻值急剧下降 主 要 特 征 在 工 作 温 度 范 围 内 ，电 阻 值 随 温 度 的 增 加 而 减
11敏感陶瓷04962
C、化学计算比（Ba/Ti）的影响
B在a过Ti量O2时稍体微积过电量阻时率通往常往会会呈增现高最，低且体使积瓷电料阻易率于；实在 现细晶化。
一、PTC热敏陶瓷 1、PTC热敏电阻的基本特性 （1）电阻—温度特性
其电阻—温度曲线（R-T曲线）。 居里温度Tc可通过掺杂来调整。 （2）电阻温度系数α 是指零功率电阻值的温度系数，其定义为：
α T=1/RT*dRT/dT 对于PTC，α T=2.303/(T2-T1)*lgR2/R1
PTC热敏电阻
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
1、 BaTiO3系PTC热敏电阻陶瓷 （1） BaTiO3陶瓷产生PTC效应的条件
具当有Ba适Ti当O3绝陶缘瓷性材时料，中才的具晶有粒P充T分C效半应导。化，而晶界
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。
（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。
第五章敏感陶瓷
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。
第五章敏感陶瓷
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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；
第五章敏感陶瓷
49
用SnCl4或SnCl2制备SnO2，这两种方 法最后均需煅烧，其煅烧条件对于SnO2粉 料的晶粒大小、比表面积大小影响很大。
第五章敏感陶瓷
50
二氧化锡气敏陶瓷所用添加剂多为半 导体添加剂，它们有不同的作用，主要是 Sb2O3、V2O5、MgO、PbO、CaO等。
第五章敏感陶瓷
26
三元系有：Mn-Co-Ni、Mn-Cu-Ni、
Mn-Cu-Co等Mn系和Cu-Fe-Ni、Cu-Fe-
Co等非Mn系。
在含Mn的三元系中，随着Mn含量的
增大，电阻率增大。
此外，还有Cu-Fe-Ni，CO四元系等。
第五章敏感陶瓷
27
工作温度在300℃以上的热敏电阻(NTC) 常称为高料 ，陶瓷气敏元件(或称陶瓷气敏传感器)由于 其具有灵敏度高、性能稳定、结构简单、体 积小、价格低廉、使用方便等优点，得到迅 速发展。
第五章敏感陶瓷
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⑴ 气敏陶瓷的分类及结构
气敏陶瓷大致可分为半导体式、固体 电解质式及接触燃烧式三种：
第五章敏感陶瓷
40
①半导体式气敏陶瓷
第五章敏感陶瓷
42
③接触燃烧式气敏陶瓷元件系
用铂金丝作母线，表面用陶瓷涂层、触 媒材料、防晶粒生长材料以及防触媒中毒材 料等涂层所制成。
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。
功能陶瓷材料_敏感陶瓷
典型ZnO压敏电阻器的I-U特性曲线可分为三个区域：小电流 区、中电流区和大电流区。
13
ZnO基压敏陶瓷的I-V特性曲线
14
压敏电阻器与被保护的电器设备或元器件并联使用。当电路出 现雷电过电压或瞬态操作过电压Vs时，压敏电阻器和被保护的 设备及元器件同时承受Vs，由于压敏电阻器响应很快，它以纳 秒级时间迅速呈现优良非线性导电特性，此时压敏电阻器两端 电压迅速下降，远远小于Vs，这样被保护的设备及元器件上实 际承受的电压就远低于电压Vs，从而使设备及元器件免遭过电 压的冲击。 晶界层的富Bi相是高电阻层，外加电压几乎都加在晶界层上。 这种晶界阻挡层有一宏观击穿电压，一般为2~3V/阻挡层。当外 加电压达到击穿电压时，使界面中的电子穿透势垒层，这就引 起了电流急剧上升。
具有好的气体选择性。应用时最好有单一选择性，特别 在可能有不同气体组成的气氛下使用时，能够只检出单一的 气体，气体的选择性可能与气敏元件的化学组成、晶体结构 和微结构有关。
21
气体响应灵敏度高，响应速度快。在待测气体浓度变化 较小时，元件电阻值有明显的变化，而且这种变化关系最好 是指数型的，并根据需要能够对微量的气体有响应。由于气 体响应灵敏度与元件的比表面积大小密切相关，一般情况下， 粉体越细，元件的比表而积越大，气体响应灵敏度也越高。 气敏元件的灵敏度C热敏陶瓷
主要是含锰的二元系和含锰的三元系氧化物陶瓷 。CoOMnO-O2、CuO-MnO-O2和NiO-MnO-O2系陶瓷。主要导电相 MnCo2O4 、CuMn2O4、NiMn2O4尖晶石结构 。
高温NTC热敏陶瓷 普通的NTC热敏陶瓷使用温度最高在300℃左右，而高温NTC 陶瓷可使用在300℃以上。 高温热敏电阻陶瓷可以分为两类： 1）ZrO2-CaO，ZrO2-Y2O3系等萤石型陶瓷。 2）是以Al2O3、MgO为主要成分的尖晶石型陶瓷。
医用精细陶瓷材料及部件的生产开发与应用方案(一)
医用精细陶瓷材料及部件的生产开发与应用方案一、实施背景随着医疗技术的不断发展，医疗器械的需求量逐年增加。
医用精细陶瓷材料及部件作为一种新型的医疗器械，具有优异的生物相容性和耐久性，可用于人工关节、牙科植入物、骨科植入物等医疗器械中。
然而，目前国内医用精细陶瓷材料及部件的生产开发与应用尚处于初级阶段，市场主要被国外企业所占据。
因此，开展医用精细陶瓷材料及部件的生产开发与应用项目具有重要的现实意义和市场需求。
二、工作原理医用精细陶瓷材料及部件的生产开发与应用项目主要涉及陶瓷材料的选择、制备、加工、表面处理等环节。
其中，工作原理主要是基于粉末冶金、等离子喷涂、激光熔覆等技术，通过选择合适的陶瓷粉末和粘结剂，制备出具有一定形状和性能的陶瓷部件。
在此基础上，对陶瓷部件进行表面处理，提高其生物相容性和耐久性，最终实现医用陶瓷部件的生产和开发。
三、实施计划步骤1.调研市场需求：对医用精细陶瓷材料及部件的市场需求进行调研，了解国内外相关企业的生产情况和技术水平。
2.材料选择与制备：选择合适的陶瓷材料和粘结剂，制备出具有一定形状和性能的陶瓷部件。
3.加工与表面处理：对制备好的陶瓷部件进行加工和表面处理，提高其形状精度和表面质量。
4.动物实验与临床试验：进行动物实验和临床试验，对医用陶瓷部件的性能进行评估和验证。
5.产品注册与上市：完成相关产品的注册手续，实现产品的上市销售。
四、适用范围医用精细陶瓷材料及部件的生产开发与应用项目适用于医疗器械领域，特别是人工关节、牙科植入物、骨科植入物等高精度、高要求的医疗器械领域。
同时，该项目还可应用于生物医学工程、生物材料等领域。
五、创新要点1.粉末冶金技术制备高精度陶瓷部件：利用粉末冶金技术制备高精度、高质量的陶瓷部件，提高了陶瓷部件的形状精度和表面质量。
2.等离子喷涂与激光熔覆技术应用：将等离子喷涂和激光熔覆技术应用于陶瓷部件的表面处理中，提高了陶瓷部件的生物相容性和耐久性。
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《材料学概论》结业小论文
敏感陶瓷的开发和应用
姓名余素春
班级料119班
学号119024500
目录
1 敏感陶瓷的简介...................................................................... 错误！未定义书签。
1.1 敏感陶瓷的定义................................................................. 错误！未定义书签。
1.2 敏感陶瓷的分类 3
1.2.1热敏陶瓷................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.2压敏电阻陶瓷 (3)
1.2.3磁敏陶瓷 (4)
1.2.4湿敏陶瓷 (4)
1.2.5气敏陶瓷 (4)
1.3敏感陶瓷材料的制备工艺和技术 (5)
1.3.1超微粉料制备技术 (5)
1.3.2多层化技术 (5)
2 敏感陶瓷设计与发展 (5)
2.1敏感陶瓷的设计程序 (6)
2.2敏感陶瓷的设计原则 (6)
2.3敏感陶瓷前景展望 (6)
1、敏感陶瓷的简介
敏感陶瓷是指对信息感受和功能变换具有敏感特性的多晶无机材料，属功能陶瓷的一个重要组成部分。
特别是近年来，随着计算技术的迅速发展和对敏感器件的迫切要求，敏感陶瓷及其器件应用等方面的研究开发正不断扩展，将成为当今社会高度机械化、自动化和信息化所必需的重要技术基础。
1.1、敏感陶瓷的定义
敏感陶瓷指某些性能随外界条件（温度、电压、湿度、气氛）的变化而发生改变的陶瓷。
这类陶瓷主要用于遥感测量及自动化控制领域。
1.2、敏感陶瓷的分类
敏感陶瓷材料主要分三大类：
(1)传感器用敏感陶瓷，其中有属于化学传感器的湿敏和各种气敏传感器用陶瓷材料和属物性传感器的温敏、压力敏和声敏等传感器用陶瓷；
(2)非线性敏感陶瓷，用于自控加热非线性热敏元件和用于变阻器和避雷器等电压非线性压敏元件；
(3)致动敏感陶瓷，主要用于压电和电致伸缩微位移致动器和光致伸缩敏感元件等。
1.2.1、热敏陶瓷
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。
1.2.2、压敏电阻陶瓷
压敏电阻是电阻值对外加电压敏感，电压提高，电阻率下降。
小的电压增量可引起很大的电流增量。
I—V特性不是直线，也称非线性电阻。
电阻率在一定电流范围内可变。
压敏电阻用作过压保护、高能浪涌吸收和高压稳压等，广泛应用于电力系统、电子线路和家用电器中。
近年来发展了以稀土氧化为主要添加剂的ZnO压敏陶瓷。
该陶瓷非线性指数大于50，以用作几百千伏电路的电涌放电器，其优点是能量吸收容量高，电流大时非线性好，响应时间短，寿命长。
1.2.3、磁敏陶瓷
磁敏陶瓷是指能将磁性物理量转化为电信号的陶瓷材料。
有利用半导体材料的霍尔效应的陶瓷霍尔器件，有利用磁阻效应的陶瓷磁阻器件，还有利用维根德效应的陶瓷维根德器件。
磁敏陶瓷的应用很广泛，在科研和工业中用来检测磁场、电流、角度、转速、相位等；在汽车工业中用于无触点汽车点火器；在计算机工业中用于霍尔键盘；在家用电器和工业上用于无刷电机和无触点开关等。
1.2.5、湿敏陶瓷
湿敏陶瓷元件可以将湿度信号转变为电信号。
陶瓷湿度传感器结构如图一。
湿敏陶瓷对陶瓷的要求是：可靠性高，一致性好，响应速度快，灵敏度高，抗老化，寿命长，在尘埃烟雾中保持性能稳定和检测精度。
湿敏器件一般是电阻型，即由电阻率的改变完成功能转化。
图一陶瓷湿度传感器结构
1.2.4、气敏陶瓷
气敏陶瓷是指能将气体参量转变为电信号的陶瓷材料,它能吸附气体分子，包括物理吸附和化学吸附。
常温下物理吸附石主要形式，随温度升高化学吸附增加，到达某一温度达到最大值，随后气体解析几率增加，物理吸附和化学吸附同时减少。
陶瓷气敏元件以其独有的灵敏度高、对被测气体以外的气体不敏感、性能稳定、结构简单、体积少、价格低等特点而广泛应用于可燃气体和毒气的检测、检漏、报警、监控等方面，在一些国家陶瓷气敏元件检测器占各种气体检测器的半数以上。
1.3、敏感陶瓷材料的制备工艺和技术
1.3.1、超微粉料制备技术
使用超微粉料，不仅可以大大提高产品质量，而且可将烧成温度降150-400℃，降低产品成本。
采用固相法中的机械粉碎法制备的粉粒分布较宽，易引入杂质，不适用来制备超微粉料。
但此方法制备的粉粒无团聚，填充性好，成本低，迄今仍有很强的吸引力。
此外，还可以采用超微细粉碎机和分级联合使用的边缘粉末工艺，在工艺参数选择、助磨剂的作用研究方面已取得一定进展。
固相法中的热分解法仅适合碳酸盐之类的化合物。
气相法是通过物质蒸汽的凝聚和气体成份的化学反应而使固体粒子析出的方法。
此方法容易控制气氛，不仅对氧化物，而且对氮化物、碳化物等非氧化物也可以制得超微粒子。
气相法的生产量小，成本高，多成份制造困难，不适合规模生产，但由于气相法的制备条件容易控制，粉料粒度分布范围窄，凝聚块团小而均匀，所以是一种值得研究的方法。
液相法中用金属醇盐加水分解，一般称为凝聚-凝胶法。
比较不同粉料制备工艺的相对价值，结果表明若传统陶瓷工艺为100，那么沉淀法为200，溶胶-凝胶法为400-500。
由此看出溶胶-凝胶法的实用意义较大，是目前研究和使用较多的一种方法，也是制备超微粉料最有前途的一种方法。
1.3.2、多层化技术
为促进电子陶瓷元器件的小型化、片式化和多功能化，制造商积极开发多层化技术。
而要实现多层化技术，首先需要生产出薄的陶瓷片。
目前，超薄型陶瓷片的制造方法有干热法、挤制法、轧膜法和流延法，其中以流延法最佳，可制得5μm厚度的陶瓷片。
流延工艺首先为陶瓷电容器所采用，现已扩大到整个电子陶产品的制造，包括压电陶瓷和半导体陶瓷，如多层陶瓷板，多层压敏电阻以及多层NTC和PTC热敏电阻器等。
2、敏感陶瓷设计与发展
当前，在敏感陶瓷材料选择、设计和使用上虽然有很多行之有效的方法，但主要还是凭经验、做试验，很大程度上带有筛选的性质，不仅效率低、消耗大，材料的性能也不够理想。
2.1、敏感陶瓷的设计程序
敏感陶瓷材料微观结构工程又称分子工程、分子设计或材料设计。
它的主要任务在于根据使用要求和实际条件，从原子、离子和分子的尺度，确定材料的组成、结构和生产过程.其设计程序分准备、试验、评价和优选等四个阶段，
2.2、敏感陶瓷的设计原则
根据基础研究和实际检验，敏感陶瓷材料微观结构工程的设计原则可归纳为以下几个方面:
（1）、敏感陶瓷材料应满足敏感技术要求敏感技术是指将观察对象的各种物理(或化学)信息转换成电信号的方法。
（2）、从微观和亚微观尺度上进行材料设计敏感陶瓷是一种结构灵敏性的功能材料，从原子、离子和分子尺度研究敏感陶瓷的结构和性能关系具有重要意义，固体中电子态、配位数和化学键，以及杂质分布、缺陷结构、能带结构和晶体结构应作为敏感陶瓷材料试验、评价和优选过程的重要判据.
（3）、采用适当的复合方法，精确的控制其不均匀性，为研制出性能优越的敏感陶瓷创造条件。
（4）、充分利用形态与形状变化，改善选择性和可靠性，开拓新的应用领域的有效途径。
（5）、采用先进技术，要及时检测生产过程中起始相、过渡相(中间相)和最终相的组成、形态和性能和对称性的变化，使最终相具有预期性能。
2.3、敏感陶瓷前景展望
近年来陶瓷传感器用于食品的质量检测与管理也得到了迅速发展，例如SnO2传感器用于洒类识别、咖啡的识别、豚肉的鲜度鉴定、葡萄酒的识别；(ZnOWO3掺杂的）传感器用于牛肉鲜度鉴定；Ru-WO3传感器用于肉类的鉴别；
Al-ZnO\Mg-In2O3等各种系列的传感器。
它们都是90年代研究开发出来的，很有发展前途。
功能陶瓷敏感器件的多功能化是今后发展的重要方向，如
BaTiO3-BaSbO3系材料可制成气-温-湿多功能敏感器件。
此外，功能陶瓷敏感器件薄膜化、厚膜化、叠层化和集成化的研究与开发也十分重要，可将多个敏感器件和有关电路集中在一块基片上，或制成叠片组件和混合微膜组片，这些都是应用领域对材料提出的研究开发重点。
参考文献：
[1]张福学.传感器敏感元器件使用指南.北京：电子工业出版社，1995.
[2]孙良彦.国外湿度传感器的发展动态.传感器世界，1998,1:17~22.
[3]郭演仪、郑玉芳等.多功能陶瓷传感器.上海硅酸盐，1997.29~32。