《气敏陶瓷》PPT课件

系、 氧化锌系、氧化铁系等。 SnO2 气敏
陶瓷为目前应用最广者,它是以 SnO2 为基
材,掺杂 Pd、Lr（铑）、G a(镓）、CeO2
（二氧化铈） 等活性物质以提高其 灵敏
度。另外可添加 A l 2O3、Sb2O3、MgO、
CaO和 PdO 等添加物以改善其烧结、老化
及吸附等特性。SnO2 气敏陶瓷对可燃性气
畜牧业温室气体的检测
突发中毒事件
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二 气敏陶瓷的定义
气敏陶瓷，亦称气敏半导体是用于吸收 某种气体后电阻率发生变化的一种功能 陶瓷。它是用二氧化锡等材料经压制烧 结而成的，对许多气体反映十分灵敏， 可应用于气敏检漏仪等装置进行自动报 警
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三、气敏陶瓷分类
分为半导体式（主要）和固体电解质式两大类
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四、气敏陶瓷元件的结构及性能
➢ 厚膜式气敏陶瓷
➢ 将二氧化锡和氧化 锌等材料与3~15% 重量的硅凝胶混合 制成能印刷的厚膜 胶，具有一致性好 ，机械强度高的优 点
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五、气敏陶瓷的制备
气体与敏感陶瓷的作用部位通常只局限
于表 面,故其敏感特性(如电阻值与被测
气体浓度的关 系) ,和敏感体的烧结形
➢ 效应分类：表面效应、体效应
➢ 制造方法和结构型式：烧结型、厚膜型、薄 膜型。
➢ 材料的成分分类：SnO2、ZnO、Fe2O3、
ZrO2
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三、气敏陶瓷分类
气 敏 陶 瓷 按 相 关 性 分 类
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四、气敏陶瓷元件的结构及性能
1.具有物理和化学的稳定性 因为在利用半导体 陶瓷元件进行气体检测时，气体在半导体上的吸附必 须迅速。但一般的吸附在常温下比较缓慢，至少在 100摄氏度以上才会有足够大的吸脱速度，为了保证 元件的灵敏度，必须要求元件在比较高的温度下工作。 由于在较高温度下长期暴露在氧化性或还原性气氛中， 所以需要有物理化学稳定性。 2.气体选择特性 3.初始稳定，气敏响应和复原特性 4.灵敏度及长期稳定性 5.初始电阻
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
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。
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六、典型气敏陶瓷
ZnO系气敏陶瓷
➢ 1.ZnO气敏陶瓷的结构及功能 a.材料的结构 ZnO是一种n型半导体材料，具有六方晶系的纤锌矿
结构。同SnO2一样禁带（在能带结构中能态密度为零的 能量区间）较宽，为3.4eV。
b.材料的功能 ZnO具有多种多样的功能，例如：半导体性，压电 性，萤光性和光电效应等。
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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
气敏陶瓷 Gas Sensing Ceramics
制作人：xxx
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目录
一 发展气敏陶瓷的必要性 二 气敏陶瓷的定义 三 气敏陶瓷的分类 四 气敏陶瓷的结构及性能 五 气敏陶瓷的制备 六 典型的气敏陶瓷 七气敏陶瓷的应用 八 气敏陶瓷的发展前景
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一、为什么要发展气敏陶瓷
随着现代科学技术的发展，人们所用的和接触到的气体越来 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，有毒的气体，不仅直接与人们的 生命财产有关，而且危及到人类生存的大气环境，所以必须要对 这些气体进行严密检测，避免火灾，爆炸及大气污染等事故的发 生。
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六、典型气敏陶瓷
➢ 2. ZnO气敏陶瓷的制备和分析 a.材料的制备 分析纯的ZnSO4·7H2O用蒸馏水溶解后，分别加入
适量的氨水，草酸铵，碳酸钠和尿素溶液，充分搅拌， 静置，洗涤干净后抽滤，将得到的沉淀在110℃干燥， 再分别置于500℃和800℃热处理即可制得。
b.材料分析 用差热-热重分析法（DAT-TG）确定沉淀物的失水
体,如氢、甲烷、丙烷、乙醇、丙 酮、一
氧化碳、城市煤气、天然气都有较高的灵
敏度。
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五、气敏陶瓷的制备
ZnO也是很重要的气敏陶瓷材料,其最突出的 优 点是气体选择性强。掺以 P t和 Pd催化剂后, 可 提高其灵敏度。掺 Pt后对丁烷和丙烷等气 体的灵 敏度高,而掺 Pd的 ZnO对氢和 CO的灵 敏度高。 ZnO与 VMoAl 2O3 催化剂组合后,检 测氟利昂 气体的灵敏度比一般的气敏传感器要 高。但长期使 用后,催化剂层将发生变化,连续 使用 400h后会逐 渐退化,灵敏度开始降低。不 用催化剂的 ZnO传感 器对氟利昂气体的灵敏度 很低
最多的氧化物之一。由于ZnO的物理化学性质稳 定，ZnO系半导体气敏器件的工作温度略显偏高， 一般为400~500℃。在ZnO中掺入Pd，Pt和稀土 等， 既改善了ZnO的选择性，也提高了气体灵敏 度，为此可将ZnO陶瓷制成具有高灵敏性的气敏 元件。 此外，ZnO陶瓷还在光催化、光电极、涂
料、彩色显影、表面弹性波滤波器、橡胶塑料助 剂等领域有着广泛的应用。
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