传感器的敏感材料与敏感元件介绍PPT公开课(71页).ppt

第3章传感器的敏感材料及敏感元件;传感器的敏感材料及敏感元件;3敏感材料及元件;3.1半导体敏感材料及元件;半导体光敏材料及元件;3.1.2半导体磁敏材料及元件;3.1.3其他半导体敏感材料及元件;3.2陶瓷敏感材料;3.2.1温度敏感陶瓷材料;负温度系数热敏电阻之温度—电阻特性可表示为：

;3.2.2湿度敏感陶瓷材料;1多孔陶瓷的湿敏机理

（1）等价电路;总电阻Zob由下式给出：

;（2）影响感湿特性的因素

1）细孔表面积

入口细孔的存在会造成材料的感湿灵敏度降低，所以元件中

的细孔最好是完全贯通细孔自身构成。;所用的湿敏材料有7-羟基香豆素系染料

体积小、测试灵敏度高，可精确测定10%RH以下的低湿

曲线B为在正常批量生产中器件的感湿特性曲线；

反射波长的移动量就可以得到被测盐溶液的浓度变化。

感湿膜结构的松散、微粒间的不紧密接触，既造成接触电阻的偏大，又使这种多孔性的感湿膜具有较强的透湿能力。

按其换能效应原理，可分为以下两种。

3气体敏感陶瓷材料

2电流变现象和电流变效应

电流变现象（效应）是指“在外电场控制下，能在微秒量级的

常见的半导体气敏陶瓷有SnO2，ZnO，?-Fe2O3，ZrO2等。

所以整个晶胞32个氧离子，

高分子/碳纳米管复合物可以提高碳纳米管的气体响应灵敏度、

新型葡萄糖敏感水凝胶的

图3-65出的是一个ERF液压活塞（液压动力滑阀）系统的

高分子凝胶由具有弹性的交联高分子网络组成，有着固

图3-33电阻型湿度传感器结构

图3-49压力与力敏橡胶电阻的关系曲线

3）改变陶瓷自身的物性。

的变化规律（?=1kHz）

系统中所出现的一些实验现象为ER效应对电场强度、微粒

对于凝胶球来说，具有可逆形变能力且用于生物物质的工;3）物理吸附水量

电传导是由含有活化过程的质子或水和质子之间进行的。质

子的生成是由吸附水的解离而成，则电导率σ满足下列关系

式：;图3-4表示多孔氧化铝的活化能E和

水覆盖率θ之间的关系。当水覆盖

率θ＞时活化能E减小的趋势变

得缓和了，在高覆盖率时活化能E

接近。在纯水中的活化能约

等于。在θ＞覆盖??态

下的吸附水接近液体水的状态。在

水中的质子活化能约等于。

;（3）改善陶瓷湿敏特性的方法

1）在陶瓷基体中引入强酸性离子：可以有效降低湿度敏感材料的电阻，但这种质子是可能与碱离子进行交换的，对传感器的稳定性不利。

2）在陶瓷基体中引入碱离子来降低陶瓷的体电阻。如在ZrSiO4烧结体中通过XH2PO4（X=H、Na、K）的方式引入碱离子，其电阻对应于湿度都呈指数式下降。

3）改变陶瓷自身的物性。如超离子导电体Na3Zr2Si3PO12及其类似化合物，对于空气、湿度有良好的稳定性，在干燥状态下易得到1ΜΩ·cm以下的电阻率。;2尖晶石型陶瓷敏感材料

（1）尖晶石型结构

尖晶石的结构化学通式为AB2O4。按A在晶体结构中所处的

位置不同可分为正尖晶石（基本属于绝缘体）、反尖晶石

（电导率最大，通常为半导体）和半反尖晶石（电导率小于

全反尖晶石）。

尖晶石的晶胞结构如图3-5所示。

每个晶胞有32个氧离子（O2-），

16个B3+，8个A2+。每个晶胞有8

个立方单元组成。;ERF通常由下列三个主要成分组成。

导电性高分子材料主要有直接合成本身具有导电性的高分

加入TiO2的量较大时[20%～90%（mol）]，电阻率降低。

为光异构化反应，而其光敏部分即为光敏变色分子，反应常

水中的质子活化能约等于。

并可轻易的实现无级传动。

聚苯乙烯磺酸锂是高分子的电解质，故其电导率随温度的变

3%RH条件下，器件的

映，样品随吸附的水汽浓度增加，直流电阻和电容值发生变

钙钛矿型结构的化学通式为ABO3，具有钙钛矿结构的纳米

数与外加电场间的关系。

（b）施加电场后管内流体流通受限

图3-41羟乙基纤维素碳湿敏器件的响应特性

的改变，这就导致具有发色团聚合物性能的改变。

（2）影响感湿特性的因素

负温度系数热敏电阻之温度—电阻特性可表示为：

凝胶之所以表现出明显的压敏性，首先是因为它们具有温敏

②滑动电极结构——两极间通以电压，外力作用在一个电

磁敏电阻，同样要求材料具有高迁移率及薄层结构。

曲线A是理想的器件所应具有的感湿特性曲

程宽、响应快、湿滞小、制作简单、成本低等优点，逐渐成;（2）典型的尖晶石结构陶瓷湿度敏感材料

纯MgCr2O4为正尖晶石结构，是绝缘体，不宜用作感湿材料。

当加入适量杂质，如MgO、TiO2、SnO2等；或在高温煅

烧，瓷体中呈现过量的