功能材料课件PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
气敏传感器材料
应用主要有：CO气体的检测、瓦斯气体（主要成分
CH4）的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的 检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
.
17
半导体气敏传感器
气敏器件的机理
CO2气敏器件数据
½ O2 + (SnO2-x) O- ad (SnO2-x)
CO + O-ad (SnO2-x) CO2+ (SnO2-x)*
.
24
俄歇电子能谱(AES、Auger)是一种利用高能电子束 为激发源的表面分析技术. AES分析区域受激原子发 射出具有元素特征的俄歇电子。
.
25
个人观点供参考，欢迎讨论！
到水等透明液体时，材料将立即变得透明。
.
14
表面涂抹清水等透明液体，标识表面立刻变得透明，显示 出隐藏的信息图文，马上就可. 以得知产品的真伪。 15
• 湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致 本身电阻值发生变化这一原理而制成的。 工业上流行的湿敏电阻主要有:氯化锂湿敏电阻,有 机高分子膜湿敏电阻
• 氧化物湿敏陶瓷材料分为涂敷型和烧结型 两大类
• 薄膜、涂层型
• 泡沫多孔陶瓷型
.
13
湿敏材料
湿敏防伪
湿敏防伪技术是以一种超微孔的防伪材料做为承印物
的一种防伪技术。该防伪材料称为湿敏防伪材料。湿
敏防伪材料是利用特殊的工艺以及设备生产的一种纳
米级微孔薄膜材料，微孔在表面按照一定的规律分布
排列，孔道具有超强的亲水性能，因此薄膜材料在遇
•产生磁致伸缩效应的原因包括：因磁偶极矩变化而 产生的晶格离子位置偏移；因磁弹性能变化引起的晶
格离子位置偏移；以及由自旋引起的电于云分布变化 等。一般来说，具有较大线磁致伸缩系数或应变。
磁致伸缩效应
伸缩 逆磁致伸缩效应
.
磁化率 变化
7
.
8
• 单晶、多晶材料
定向凝固技术 粉末冶金技术
Tb-Dy-Fe合金
磁致伸缩材料：Ni、Fe-Ni合金、Fe-Co合金、数ppm （1ppm = 0.0001% ）。
高磁致伸缩材料是指磁致伸缩较大的材料。1m的材
料的磁致伸缩可达到几mm。
.
9
• 这类材料具有电磁能与机械能或声能相互 转换的功能。
• 应用于水声或电声换能器(如声纳的水声发 射与接受器、超声波换能器)、各种驱动器 (如机械功率源、精密加工、激光及照相机
温度敏感材料的应用：热敏电阻材料，电阻温度计 材料，热电偶材料
.
3
热敏电阻
热敏电阻（ thermistor ）热敏电阻的电阻值，随着温度的变化而 改变，与一般的固定电阻不同。属于可变电阻的一类。
热敏电阻的种类 负温度系数热敏电阻，NTC ( negative temperature coefficient ) ： 随着温度的升高，电阻变小。 正温度系数热敏电阻，PTC ( positive temperature coefficient ) 随着 温度的升高，电阻变大。 临界温度热敏电阻， CTR ( critical temperature resistor ) ：超过一 定温度后电阻值急剧减小
湿敏陶瓷（humidity sensitive ceramics） ：电阻随 环境湿度而变化的一类功能陶瓷。与高分子湿敏材 料相比，其测湿范围宽、工作温度高（可达 800℃）、工艺简单、成本较低。
应用：
湿度测量
.
16
气敏传感器：是一种检测特定气体的传感器。它主要包 括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学 气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。
聚焦控制系统、微位移器、线性马达、机 器人中的功能器件)、各种减振与消振的系 统、液体与燃油的喷射系统等。
• 这些材料要求具有大的饱和磁致仲缩系数。
.
10
磁致伸缩材料机理示意图
磁致伸缩材料 无磁场
有磁场 电流
.
11
磁致伸缩材料的新应用
.
12
三、湿敏与气敏半导体陶瓷材料
• 湿敏陶瓷材料大部分是多孔材料或者纳米 薄膜，利用其微孔吸附大气中的水分后， 水气在多孔体的晶粒表面上的扩散和作用 使电导发生变化，它可以被制成检测湿度 的传感器。
Байду номын сангаас
.
18
接触燃烧式气敏传感器
接触燃烧式气敏传感器检测部件的结构 接触燃烧式气敏传感器的原理
白金线圈
检测回路 参照回路
触媒
中作温度：300- 400℃
干净空气中：
F1・R1＝F2・R2
带有可燃气体时： F1・R1≠F2・R2
接触燃烧式气敏传感器主要. 用于可燃气体的检测 19
电化学气敏传感器
恒电位电解式气敏传感器的结构
第八章 敏感器件材料 Sensor materials
.
1
敏感材料的定义
• 能够对某个作用在材料上的特定的力学参 量、物理参量和化学参量的变化引起电参 数（电阻）变化的材料。
• 力、弹性变形 • 环境（温度、湿度、气体、光线、磁场）
• 作用：检测、自动控制
.
2
一、温度敏感材料
• 电动势、电阻--温度关系（正、负温度系数） • Pt、Ni、Cu、W贵金属材料，金属复合、合金、陶瓷 • 灵敏度、循环稳定性、寿命 • 热稳定性（低温、中温、高温、超高温） • 薄膜、丝 • 家用电器、火灾报警器件、工业温度控制和切断电路。
CO + H2O CO2 + 2H+ + 2e-
.
20
评价仪器与机理
.
21
二次电子
电子束
反射电子 特征X线
俄歇电子
俄歇(é xiē )电子(Auger electron )
.
22
一次电子
真空能级 价电子带
2次电子
俄歇电子
能级
多余的能量 空穴
.
23
FE-AES （Auger Electron Spectroscopy）
热敏电阻的应用： 温度侦测，电路开关 ，涌流抑制 , 马达延时启动 ，过热保护
.
4
负温度系数热敏电阻
二、形变敏感材料
• 典型的形变敏感材料有形变规材料和磁致伸 缩材料。
• 形变规是利用物质因受力而电阻发生变化的 敏感元器件，金属、半导体、电介质等
• 标准因子
.
5
.
6
• 磁致伸缩材料是强磁性体被磁化后显示出尺寸变化的磁 诱导形变现象，相反，将因施加形变而导致强磁体磁化 发生变化的现象称为反磁致伸缩效应。
应用主要有：CO气体的检测、瓦斯气体（主要成分
CH4）的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的 检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
.
17
半导体气敏传感器
气敏器件的机理
CO2气敏器件数据
½ O2 + (SnO2-x) O- ad (SnO2-x)
CO + O-ad (SnO2-x) CO2+ (SnO2-x)*
.
24
俄歇电子能谱(AES、Auger)是一种利用高能电子束 为激发源的表面分析技术. AES分析区域受激原子发 射出具有元素特征的俄歇电子。
.
25
个人观点供参考，欢迎讨论！
到水等透明液体时，材料将立即变得透明。
.
14
表面涂抹清水等透明液体，标识表面立刻变得透明，显示 出隐藏的信息图文，马上就可. 以得知产品的真伪。 15
• 湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致 本身电阻值发生变化这一原理而制成的。 工业上流行的湿敏电阻主要有:氯化锂湿敏电阻,有 机高分子膜湿敏电阻
• 氧化物湿敏陶瓷材料分为涂敷型和烧结型 两大类
• 薄膜、涂层型
• 泡沫多孔陶瓷型
.
13
湿敏材料
湿敏防伪
湿敏防伪技术是以一种超微孔的防伪材料做为承印物
的一种防伪技术。该防伪材料称为湿敏防伪材料。湿
敏防伪材料是利用特殊的工艺以及设备生产的一种纳
米级微孔薄膜材料，微孔在表面按照一定的规律分布
排列，孔道具有超强的亲水性能，因此薄膜材料在遇
•产生磁致伸缩效应的原因包括：因磁偶极矩变化而 产生的晶格离子位置偏移；因磁弹性能变化引起的晶
格离子位置偏移；以及由自旋引起的电于云分布变化 等。一般来说，具有较大线磁致伸缩系数或应变。
磁致伸缩效应
伸缩 逆磁致伸缩效应
.
磁化率 变化
7
.
8
• 单晶、多晶材料
定向凝固技术 粉末冶金技术
Tb-Dy-Fe合金
磁致伸缩材料：Ni、Fe-Ni合金、Fe-Co合金、数ppm （1ppm = 0.0001% ）。
高磁致伸缩材料是指磁致伸缩较大的材料。1m的材
料的磁致伸缩可达到几mm。
.
9
• 这类材料具有电磁能与机械能或声能相互 转换的功能。
• 应用于水声或电声换能器(如声纳的水声发 射与接受器、超声波换能器)、各种驱动器 (如机械功率源、精密加工、激光及照相机
温度敏感材料的应用：热敏电阻材料，电阻温度计 材料，热电偶材料
.
3
热敏电阻
热敏电阻（ thermistor ）热敏电阻的电阻值，随着温度的变化而 改变，与一般的固定电阻不同。属于可变电阻的一类。
热敏电阻的种类 负温度系数热敏电阻，NTC ( negative temperature coefficient ) ： 随着温度的升高，电阻变小。 正温度系数热敏电阻，PTC ( positive temperature coefficient ) 随着 温度的升高，电阻变大。 临界温度热敏电阻， CTR ( critical temperature resistor ) ：超过一 定温度后电阻值急剧减小
湿敏陶瓷（humidity sensitive ceramics） ：电阻随 环境湿度而变化的一类功能陶瓷。与高分子湿敏材 料相比，其测湿范围宽、工作温度高（可达 800℃）、工艺简单、成本较低。
应用：
湿度测量
.
16
气敏传感器：是一种检测特定气体的传感器。它主要包 括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学 气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。
聚焦控制系统、微位移器、线性马达、机 器人中的功能器件)、各种减振与消振的系 统、液体与燃油的喷射系统等。
• 这些材料要求具有大的饱和磁致仲缩系数。
.
10
磁致伸缩材料机理示意图
磁致伸缩材料 无磁场
有磁场 电流
.
11
磁致伸缩材料的新应用
.
12
三、湿敏与气敏半导体陶瓷材料
• 湿敏陶瓷材料大部分是多孔材料或者纳米 薄膜，利用其微孔吸附大气中的水分后， 水气在多孔体的晶粒表面上的扩散和作用 使电导发生变化，它可以被制成检测湿度 的传感器。
Байду номын сангаас
.
18
接触燃烧式气敏传感器
接触燃烧式气敏传感器检测部件的结构 接触燃烧式气敏传感器的原理
白金线圈
检测回路 参照回路
触媒
中作温度：300- 400℃
干净空气中：
F1・R1＝F2・R2
带有可燃气体时： F1・R1≠F2・R2
接触燃烧式气敏传感器主要. 用于可燃气体的检测 19
电化学气敏传感器
恒电位电解式气敏传感器的结构
第八章 敏感器件材料 Sensor materials
.
1
敏感材料的定义
• 能够对某个作用在材料上的特定的力学参 量、物理参量和化学参量的变化引起电参 数（电阻）变化的材料。
• 力、弹性变形 • 环境（温度、湿度、气体、光线、磁场）
• 作用：检测、自动控制
.
2
一、温度敏感材料
• 电动势、电阻--温度关系（正、负温度系数） • Pt、Ni、Cu、W贵金属材料，金属复合、合金、陶瓷 • 灵敏度、循环稳定性、寿命 • 热稳定性（低温、中温、高温、超高温） • 薄膜、丝 • 家用电器、火灾报警器件、工业温度控制和切断电路。
CO + H2O CO2 + 2H+ + 2e-
.
20
评价仪器与机理
.
21
二次电子
电子束
反射电子 特征X线
俄歇电子
俄歇(é xiē )电子(Auger electron )
.
22
一次电子
真空能级 价电子带
2次电子
俄歇电子
能级
多余的能量 空穴
.
23
FE-AES （Auger Electron Spectroscopy）
热敏电阻的应用： 温度侦测，电路开关 ，涌流抑制 , 马达延时启动 ，过热保护
.
4
负温度系数热敏电阻
二、形变敏感材料
• 典型的形变敏感材料有形变规材料和磁致伸 缩材料。
• 形变规是利用物质因受力而电阻发生变化的 敏感元器件，金属、半导体、电介质等
• 标准因子
.
5
.
6
• 磁致伸缩材料是强磁性体被磁化后显示出尺寸变化的磁 诱导形变现象，相反，将因施加形变而导致强磁体磁化 发生变化的现象称为反磁致伸缩效应。