中國粉體網訊 隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和人們生活水平的顯著提高，人們使用和接觸的氣體越來越多，而那些易燃、易爆、有毒氣體和廢氣既威脅到人們的生命財產，同時直接影響到人類的生存環(huán)境。因此，有效地對這些氣體進行檢測、監(jiān)控和報警就成為迫切的任務。半導體氣敏陶瓷傳感器具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、結構簡單、體積小、價格低、使用方便等特點。

氣敏陶瓷的工作原理

半導體氣敏陶瓷是利用半導體陶瓷與氣體接觸時電阻的變化來檢測低濃度氣體的。半導體表面吸附氣體分子時，其電導率將隨半導體類型和氣體分子種類的不同而變化。氣體吸附一般分物理吸附和化學吸附兩大類。前者吸附熱低，可以是多分子層吸附，無選擇性；后者吸附熱高，只能是單分子吸附，有選擇性。在一般情況下，物理吸附和化學吸附同時存在。在常溫下物理吸附是吸附的主要形式。隨著溫度的升高，化學吸附增加，至某一溫度達到最大值。超過最大值后，氣體解吸的幾率增加，物理吸附和化學吸附同時減少。

氣敏陶瓷的性能

利用半導體陶瓷元件進行氣體檢測時，氣體在半導體上的吸附和脫吸必須迅速，工作溫度至少在10℃以上才會有足夠大的吸脫速度，因此，元件會在較高溫度下長期暴露在氧化性或還原性氣氛中工作。所以要求半導體氣敏陶瓷元件必須具有物理和化學的穩(wěn)定性。除此之外，氣敏元件還要求具有以下主要特性：氣體選擇性；初始穩(wěn)定、氣敏響應和復原特性；靈敏度及長期穩(wěn)定性。

氣敏陶瓷的制備方法

氣體與敏感陶瓷的作用部位通常只局限于表面，故其敏感特性如電阻值與被測氣體濃度的關系，就和敏感體的燒結形式（幾何形狀）關系甚大，常見的有薄膜型、厚膜型和多孔燒結體型。氣敏薄膜的厚度一般為10^-2~10^-1μm，可通過化學氣相沉積，或不同形式的濺射方式來制備。厚膜的膜厚為幾十微米，采用漿料絲網漏印燒結法制作。用非致密燒結法制備多孔陶瓷。

氣敏陶瓷的分類

氣敏陶瓷一般可以分為表面效應和體效應兩種類型。按制造方法和結構形式，可分為燒結型、薄膜型及厚膜型。但通常氣敏陶瓷是按照使用材料的成分劃分為
SnO₂、ZnO₂、Fe₂O₃等系列。常見的氣敏陶瓷很多，比較典型的有氧化錫系、氧化鋅系、氧化鐵系等。

SnO₂氣敏陶瓷傳感器至今仍是應用最廣和性能最好的一種。它是一種表面控制型氣敏材料，其比表面越大，越有利于氣體吸附與表面反應，越容易獲得靈敏度高、選擇性好的氣敏元件。目前仍在進行大量研究工作，以對它改性或改變制作工藝方法來提高性能。

ZnO₂氣敏陶瓷也是很重要的氣敏陶瓷材料，其最突出的優(yōu)點是氣體選擇性強。摻以Pt和Pd催化劑后，可提高其靈敏度。摻Pt后對丁烷和丙烷等氣體的靈敏度高，而摻Pd的ZnO₂對氫和CO的靈敏度高。

Fe₂O₃氣敏陶瓷不需要添加貴金屬催化劑就可制成靈敏度高、穩(wěn)定性好、具有一定選擇性、且在高溫下穩(wěn)定性好的氣敏元件。Fe₂O₃氣敏陶瓷主要用于檢測異丁烷氣體和石油液化氣。

小結

從現(xiàn)在的水平來看，半導體氣敏陶瓷元件的靈敏度高，有利于實現(xiàn)快速、連續(xù)及自動測量，結構及工藝簡單、方便、價廉。缺點是穩(wěn)定性、互換性不好，對不同氣體分辨力差，在低溫、常溫條件下工作問題還有待進一步解決，不易實現(xiàn)定量檢測等。

參考文獻：

楊冉.氣敏陶瓷原理綜述

張維蘭.氣敏陶瓷的發(fā)展及應用