传感器材料(中科大)详解.ppt

第2章 传感器材料 材料、信息和能源这三大资源是现代文明的三大支柱。 传感器材料包括结构材料和敏感材料。 敏感材料是对电、光、声、力、热、磁、气体分布等场的微小变化而表现出性能明显改变的功能材料（通常称之为第二代材料）。 传感器敏感材料大致可分为金属系、无机系、有机系及复合系四种功能材料，敏感材料首先应具有良好的敏感特性,其次还应具有良好的重复性和互换性。 2.1 电学功能材料 材料按照其导电性可分为： 导体 绝缘体 介于二者之间的半导体。 2.1.1 导电材料 导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料两大类 金属材料，引线键合工艺中所用导电丝主要有金丝、铜丝和铝丝。 通用高分子材料与各种导电性物质,如金属粉、炭黑等通过填充复合、表面复合等方式可以制成:导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂及透明导电薄膜等。 2.1.2 绝缘材料 介电材料又叫电介质，是以电极化为特征的材料。 具有压电效应的材料叫做压电材料，通过压电材料可以将机械能和电能相互转换。 铁电材料是一种特殊的介电材料，即具有电畴和电滞回线，通常称为铁电体。 2.1.3 半导体材料 硅(Si)是当前微电子技术的基础材料，预计其统治地位至少到21世纪中叶都不会改变。 一维量子线、零维量子点材料是一种人工构造(通过能带工程实施)的新型半导体材料，是新一代量子器件的基础。 半导瓷的半导化机理，在于陶瓷材料成分中化学计量比的偏离或杂质缺陷对晶粒的影响，以及施主和受主在晶界形成的界面势垒。 热敏电阻可分为正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)两大类。。 氧化锌晶体具有纤锌矿结构。室温下满足化学计量比的纯净氧化锌应是绝缘体，但由于本征缺陷的存在，使之具有n型电导，而搀杂使电导率产生巨大变化 。 2.2 磁学功能材料 主要有磁性材料、有机磁体和磁电材料。 2.2.1 磁性材料 磁性材料是指常温下表现为强磁性的亚铁磁性和铁磁性材料。按其不同特点又可分为软磁（如矽钢片）、硬磁（磁铁）、铁氧体（高频磁芯）等材料。 2.2.2 有机磁体 有机磁性化合物主要可以分为复合型和结构型两大类： 复合型有机磁性化合物主要是以有机化合物(主要是指高分子树脂)为基体，加入各种磁粉经混合成形而制得的具有磁性的复合体系。 结构型的有机磁性化合物，目前大多数只在低温下才具有铁磁性，现在尚处于研究阶段，理论基础也还没有完善。 2.2.3 磁电材料 材料在外加磁场作用下产生自发极化或者在外加电场作用下感生磁化强度的效应称为磁电效应，具有磁电效应的材料称为磁电材料。 从磁电效应定义可知：磁电材料能够直接将磁场转换成电场，也可以把电场直接转换为磁场。 2.3 光学功能材料 所谓光功能材料就是指在外场如力、声、热、电、磁、光等场的作用下，其光学性质会发生改变的材料。主要包括磁光、声光、电光、压光及激光材料。 2.3.1 透光和导光材料 透光材料包括透可见光（波长0.39～0.76μm）、红外光（波长1～1000μm）和紫外光（波长0.01～0.4μm）的材料。 光纤材料，又称为光波导纤维材料。按传输模式不同，可分为单模光纤和多模光纤。按光纤材料的组分可分为石英光纤、多组分氧化物玻璃光纤、非氧化物玻璃光纤、晶体光纤和高聚物光纤。 2.3.2 发光材料 发光材料品种很多，按激发方式发光材料可以分为： ①光致发光材料。 ②电致发光材料。 ③阴极射线致发光材料。 ④热致发光材料。 ⑤等离子发光材料。 ⑥有机发光材料 。 2.3.3 激光材料 激光材料包括激光工质材料、激光调Q材料、激光调频材料和激光偏转材料。 2.3.4 光调制用材料 按照控制光束的不同作用机理，光调制用材料又可分为电光材料、磁光材料和声光材料三种。 电光效应是在外加电场作用下，物体的光学性质所发生的各种变化的统称。 在磁场的作用下，物质的电磁特性(如磁导率、磁化强度、磁畴结构等)会发生变化，使光波在其内部的传输特性(如偏振状态、光强、相位、传输方向等)也随之发生变化的现象称为磁光效应。 超声波在透明媒质中传播时，媒质折射率发生空间周期性变化，使通过媒质的光线发生改变的现象，称为声光效应。 2.3.5 光电材料 光电材料是能把光能转变为电能的一类能量转换功能材料，如光电子发射材料（电视摄像管、光电倍增管）、光电导材料（如光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管）和光电动势材料（太阳能电池）。 2.4 热功能材料 热功能材料有热电材料，磁热材料和高温材料等。 2.4.1 热电材料 所谓热电材料就是一种将热能和电能进行转换的功能材料，如温差电动势材料（如热电偶）、热电导材料（如热敏电阻）和热释电材料（如红外与热成像探测器）。 热电效应是Seebeck效应、Pelt