材料前沿講座論文

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1、天津理工大學(xué)研究生課程論文（作業(yè)）封面(20122013學(xué)年度第1學(xué)期）課程名論文題學(xué)生姓專業(yè)名學(xué)年成教師簽評(píng)閱日稱：材料科學(xué)與工程前沿講座目：氣敏半導(dǎo)體材料的研究進(jìn)展名：稱：材料物理與化學(xué)號(hào)：級(jí)：級(jí)績(jī)：字：期：年月日氣敏半導(dǎo)體材料的研究進(jìn)展―前沿講座聽(tīng)課心得摘要本文主要闡述了氣敬半導(dǎo)體材料材料的定義、分類、性能、工作原理，綜述了氣敏半導(dǎo)體材料在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用及其研究進(jìn)展，并就其發(fā)展方向提出了一些簡(jiǎn)單看法。關(guān)鍵詞氣敏傳感器；功能陶瓷；原理；發(fā)展大氣是人類賴以生存的重要外界環(huán)境因素之一。大氣的正?；瘜W(xué)組成是保證人體生理機(jī)能健康的必要條件，但是，隨

2、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(lái)越多，而那些易燃、易爆、有毒氣體和廢氣不僅威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)，而且還直接影響到人類的生存環(huán)境，因此,有效地對(duì)這些氣體進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控和報(bào)警成為迫切的任務(wù)。氣體傳感器就是適應(yīng)這些需要而發(fā)展起來(lái)的。半導(dǎo)體氣敏陶瓷傳感器具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、使用方便等特點(diǎn)，氣敏半導(dǎo)體陶瓷元件在日木、美國(guó)等國(guó)家發(fā)展很快，特別是日本，1988年產(chǎn)量約2000萬(wàn)件，其中日本費(fèi)加羅技研株式會(huì)社的Sr)0,半導(dǎo)體氣皺器件(TGS)年生產(chǎn)能力1200萬(wàn)件，行銷世界上40多個(gè)國(guó)家和地

3、區(qū)，產(chǎn)值23億H元。近年來(lái)我國(guó)也有許多廠家生產(chǎn)氣敏陶瓷元件，1988年產(chǎn)品投放市場(chǎng)10萬(wàn)件，主要是氧化錫系、氧化鐵系燒結(jié)型的，用于檢測(cè)石油液化氣、煤氣、酒精等。一、氣敏半導(dǎo)體材料材料的定義、分類氣敏半導(dǎo)體材料，亦稱氣敏陶瓷，是用于吸收某種氣體后電阻率發(fā)生變化的一種功能陶瓷。它是用二氧化錫等材料經(jīng)壓制燒結(jié)而成的，對(duì)許多氣體反映十分靈敏，可應(yīng)用于氣敏檢漏儀等裝置進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。在生活中，它是應(yīng)用越來(lái)越多,可保障人們的生命財(cái)產(chǎn)。半導(dǎo)體氣敏陶瓷一般可以分為表面效應(yīng)和體效應(yīng)兩種類型。按制造方法和結(jié)構(gòu)形式，可分為燒結(jié)形、薄膜型及厚膜型。但通常氣敏陶瓷是按照使

4、用材料的成分劃分為SiA、ZnO、FezOs等系列。二、氣敏半導(dǎo)體材料的性能、工作原理利用半導(dǎo)體陶瓷元件進(jìn)行氣體檢測(cè)時(shí)，氣體在半導(dǎo)體上的吸附和脫吸必須迅速，工作溫度至少在100°C以上才會(huì)有足夠大的吸脫速度，因此，元件會(huì)在較高溫度下長(zhǎng)期暴露在氧化性或還原性氣氛中工作。所以要求半導(dǎo)體氣敏陶瓷元件必須具有物理和化學(xué)的穩(wěn)定性。除此Z外，氣敬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(yīng)和復(fù)原特性靈敏度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。半導(dǎo)體氣敏陶瓷是利用半導(dǎo)體陶瓷與氣體接觸時(shí)電阻的變化來(lái)檢測(cè)低濃度氣體的。半導(dǎo)體表面吸附氣體分子時(shí)，其電導(dǎo)率將隨半導(dǎo)體類型和氣體分子

5、種類的不同而變化。氣體吸附一般分物理吸附和化學(xué)吸附兩大類。前者吸附熱低，可以是多分子層吸附，無(wú)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(xué)吸附同時(shí)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(xué)吸附增加，至某一溫度達(dá)到最大值。超過(guò)最犬值后,氣體解吸的幾率增加，物理吸附和化學(xué)吸附同時(shí)減少。三、幾種氣敏半導(dǎo)體材料的發(fā)展概況1.SnO2氣敏陶瓷SriO?氣敏陶瓷傳感器至今仍是應(yīng)用最廣和性能最好的一種。它是種表面控制型氣皺材料，其比表面越大，越有利于氣體吸附與表面反應(yīng)，越容易獲得靈敬度高、選擇性好的氣敏元件

6、。目前仍在進(jìn)行大量研究工作，以對(duì)它改性或改變制作工藝方法來(lái)提高性能，通過(guò)摻雜活性物質(zhì)（如Pt、Pd、In、Ga等））提高靈敏度,如添加ThO,可大大提高對(duì)CO吸附的靈敏度，而抑制對(duì)也、GH*和I—CH。的靈敏度。另外，尚可添加AI2O3、SbA-MgO>CaO和PbO等添加物以改善燒結(jié)、老化及吸附等性能。而其納米晶材料由于具有粒度小、比表面大的特點(diǎn)，可望大幅度提高材料的氣敏性能，很多學(xué)者對(duì)納米品Sn（X進(jìn)行了研究，索輝等發(fā)現(xiàn)通過(guò)溶膠凝膠法制得的SnO2具有很好的乙醇敏感特性。近年來(lái)，采用集成電路工藝把超微粒薄膜加熱器測(cè)溫二極管一起集成在硅襯底上

7、，制成對(duì)還原性氣體的靈敏度比常規(guī)多晶膜高得多的氣敏元件，它是-?種很有發(fā)展前景的新型半導(dǎo)體氣皺傳感器。2.ZnO氣敏陶瓷ZnO也是很重要的氣敏陶瓷材料，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是氣體選擇性強(qiáng)。摻以Pt和Pd催化劑后，可提高其靈敏度。摻Pt后對(duì)丁烷和丙烷等氣體的靈敏度高，而摻Pd的ZnO對(duì)氫和CO的靈敏度高。加0與V—Mo—Al203催化劑組合后，檢測(cè)氟利昂氣體的靈皺度比一般的氣皺傳感器要高。但長(zhǎng)期使用后，催化劑層將發(fā)生變化，續(xù)使用400h后會(huì)逐漸退化，靈敏度開(kāi)始降低。不用催化劑的ZnO傳感器對(duì)氟利昂氣體的靈敏度很低。3.FeA氣敏陶瓷Fe2O3系氣敏陶瓷

8、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)定性好的氣墩元件。FcQ氣敬陶瓷主要用于檢測(cè)異丁烷氣體和石油液化氣。它是