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1、第八章第八章 敏感器件材料敏感器件材料 Sensor materials敏感材料的定义敏感材料的定义能够对某个作用在材料上的特定的力学参量、物理参量和化学参量的变化引起电参数（电阻）变化的材料。力、弹性变形环境（温度、湿度、气体、光线、磁场）作用：检测、自动控制一、温度敏感材料一、温度敏感材料电动势、电阻-温度关系（正、负温度系数）Pt、Ni、Cu、W贵金属材料，金属复合、合金、陶瓷灵敏度、循环稳定性、寿命 热稳定性（低温、中温、高温、超高温）薄膜、丝家用电器、火灾报警器件、工业温度控制和切断电路。温度敏感材料的应用：热敏电阻材料，电阻温度计材料，热电偶材料热敏电阻热敏电阻（ thermist
2、or ）热敏电阻的电阻值，随着温度的变化而改变，与一般的固定电阻不同。属于可变电阻的一类。 热敏电阻的种类负温度系数热敏电阻，NTC ( negative temperature coefficient ) ：随着温度的升高，电阻变小。正温度系数热敏电阻，PTC ( positive temperature coefficient ) 随着温度的升高，电阻变大。临界温度热敏电阻， CTR ( critical temperature resistor ) ：超过一定温度后电阻值急剧减小热敏电阻的应用：温度侦测，电路开关 ，涌流抑制 ,马达延时启动 ，过热保护 负温度系数热敏电阻二、形变敏感材料
3、二、形变敏感材料典型的形变敏感材料有形变规材料和磁致伸缩材料。形变规形变规是利用物质因受力而电阻发生变化的敏感元器件，金属、半导体、电介质等标准因子磁致伸缩材料磁致伸缩材料是强磁性体被磁化后显示出尺寸变化的磁诱导形变现象，相反，将因施加形变而导致强磁体磁化发生变化的现象称为反磁致伸缩效应。产生磁致伸缩效应的原因包括：因磁偶极矩变化磁偶极矩变化而产生的晶格离子位置偏移；因磁弹性能变化磁弹性能变化引起的晶格离子位置偏移；以及由自旋引起的电于云分布变化由自旋引起的电于云分布变化等。一般来说，具有较大线磁致伸缩系数或应变。磁致伸缩效应伸缩逆磁致伸缩效应磁化率变化单晶、多晶材料 定向凝固技术 粉末冶金技
4、术磁致伸缩材料：Ni、Fe-Ni合金、Fe-Co合金、数ppm（1ppm = 0.0001% ）。高磁致伸缩材料是指磁致伸缩较大的材料。1m的材料的磁致伸缩可达到几mm。Tb-Dy-Fe合金 这类材料具有电磁能与机械能或声能相互转换的功能。应用于水声或电声换能器(如声纳的水声发射与接受器、超声波换能器)、各种驱动器(如机械功率源、精密加工、激光及照相机聚焦控制系统、微位移器、线性马达、机器人中的功能器件)、各种减振与消振的系统、液体与燃油的喷射系统等。这些材料要求具有大的饱和磁致仲缩系数。磁致伸缩材料无磁场有磁场电流磁致伸缩材料机理示意图磁致伸缩材料的新应用三、湿敏与气敏半导体陶瓷材料三、湿敏
5、与气敏半导体陶瓷材料湿敏陶瓷材料大部分是多孔材料或者纳米薄膜，利用其微孔吸附大气中的水分后，水气在多孔体的晶粒表面上的扩散和作用使电导发生变化，它可以被制成检测湿度的传感器。氧化物湿敏陶瓷材料分为涂敷型和烧结型两大类薄膜、涂层型泡沫多孔陶瓷型湿敏材料湿敏防伪湿敏防伪技术是以一种超微孔的防伪材料做为承印物的一种防伪技术。该防伪材料称为湿敏防伪材料。湿敏防伪材料是利用特殊的工艺以及设备生产的一种纳米级微孔薄膜材料，微孔在表面按照一定的规律分布排列，孔道具有超强的亲水性能，因此薄膜材料在遇到水等透明液体时，材料将立即变得透明。 表面涂抹清水等透明液体，标识表面立刻变得透明，显示出隐藏的信息图文，马上
6、就可以得知产品的真伪。 湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。 工业上流行的湿敏电阻主要有:氯化锂湿敏电阻,有机高分子膜湿敏电阻 应用：湿度测量 湿敏陶瓷（humidity sensitive ceramics） ：电阻随环境湿度而变化的一类功能陶瓷。与高分子湿敏材料相比，其测湿范围宽、工作温度高（可达800）、工艺简单、成本较低。 气敏传感器：气敏传感器：是一种检测特定气体的传感器。它主要包是一种检测特定气体的传感器。它主要包括括半导体气敏传感器半导体气敏传感器、接触燃烧式接触燃烧式气敏传感器和气敏传感器和电化学电化学气敏传感器气敏传感器等，其中用的
7、等，其中用的最多的是半导体气敏传感器最多的是半导体气敏传感器。 应用主要有：CO气体的检测、瓦斯气体（主要成分CH4）的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。 气敏传感器材料气敏传感器材料气敏器件的机理气敏器件的机理CO2气敏器件数据气敏器件数据 O2 + (SnO2-x) O- ad (SnO2-x)CO + O-ad (SnO2-x) CO2+ (SnO2-x)*半导体气敏传感器半导体气敏传感器接触燃烧式气敏传感器接触燃烧式气敏传感器接触燃烧式气敏传感器检测部件的结构接触燃烧式气敏传感器检测部件的结构白金线圈触媒检测回路参照回路接触燃烧
8、式气敏传感器的原理接触燃烧式气敏传感器的原理干净空气中： F1R1F2R2带有可燃气体时： F1R1F2R2中作温度：中作温度：300- 400接触燃烧式气敏传感器主要用于可燃气体的检测接触燃烧式气敏传感器主要用于可燃气体的检测电化学气敏传感器电化学气敏传感器CO + H2O CO2 + 2H+ + 2e-恒电位电解式气敏传感器的结构恒电位电解式气敏传感器的结构评价仪器与机理俄歇俄歇( xi )电子电子(Auger electron ) 俄歇电子特征X线反射电子二次电子电子束一次电子2次电子俄歇电子多余的能量能级价电子带真空能级空穴FE-AES （Auger Electron Spectroscopy） 俄歇电子能谱俄歇电子能谱(AES、Auger)是一种利用高能电子束为是一种利用高能电子束为激发源的表面分析技术激发源的表面分析技术. AES分析区域受激原子发射分析区域受激原子发射出具有元素特征的俄歇电子。出具有元素特征的俄歇电子。
