課程演講-氣敏陶瓷

1、氣敏陶瓷學(xué) 生：粟澤龍專 業(yè)：建 材學(xué) 號(hào)：20140902059老 師：劉施峰目錄一二三四五研究背景典型氣敏陶瓷結(jié)構(gòu)、性能及機(jī)理展望文獻(xiàn)賞析 一、氣敏陶瓷研究意義 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(lái)越多，而那些易燃易燃、易爆易爆、有毒氣體有毒氣體和廢氣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)警乃成為迫切的任務(wù)。畜牧業(yè)溫室氣體畜牧業(yè)溫室氣體突發(fā)突發(fā)中毒事件中毒事件易燃易爆易燃易爆氣體開采氣體開采 一、氣敏陶瓷的分類及結(jié)構(gòu) 材料的成分分類：材料的成分分類：SnO2、ZnO、Fe2O3等等 效應(yīng)分類

2、：效應(yīng)分類：表面效應(yīng)、體效應(yīng)表面效應(yīng)、體效應(yīng) 制造方法和結(jié)構(gòu)型制造方法和結(jié)構(gòu)型式式分類分類：燒結(jié)型、厚膜型、薄膜燒結(jié)型、厚膜型、薄膜型型 氣敏陶瓷大致可分為半導(dǎo)體式、固體電解質(zhì)式和接觸燃燒式三種。 一、氣敏陶瓷的分類及結(jié)構(gòu)圖1 各種半導(dǎo)體氣敏陶瓷 一、氣敏陶瓷的分類及結(jié)構(gòu) 固體電解質(zhì) 是一類介于固體和液體之間的奇特固體材料，其主要特征是它的離子具有類似于液體電解質(zhì)的快速遷移特性，如ZrO2氧敏陶瓷，K2SO4、Na2SO4等堿金屬硫酸鹽等。 接觸燃燒式氣敏陶瓷 用鉑金絲作母線，表面用陶瓷涂層、觸媒材料、防晶粒生長(zhǎng)材料以及防觸媒中毒材料等涂層所制成。 二、氣敏陶瓷的特性 物理和化學(xué)穩(wěn)定性好； 具

3、有好的氣體選擇性； 氣體響應(yīng)靈敏度高，響應(yīng)速度快； 氣敏元件的穩(wěn)定性和復(fù)原性好； 抗老化性和抗毒性好； 氣敏元件的工作溫度合適。 三、氣敏陶瓷的機(jī)理 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，在一般情況下，物理吸附和化學(xué)吸附同時(shí)存在。 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。超過最大值后，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、氣敏陶瓷的機(jī)理（1）氧化性氣體：具有陰離子吸附性質(zhì)的氣體稱為氧化

4、性(或電子受容性)氣體，如O2、NOx等。（2）還原性氣體：具有陽(yáng)離子吸附性質(zhì)的氣體稱為還原性(或電子供出性)氣體，如H2、CO、乙醇等。 氧化性氣體吸附于n型半導(dǎo)體氣敏材料；（n型半導(dǎo)體：也稱為電子型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體即自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體） 還原性氣體吸附于p型半導(dǎo)體氣敏材料；（p型半導(dǎo)體：也稱為空穴型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體） 四、氣敏陶瓷的制備 氣敏陶瓷薄膜的厚度一般為10-210-1 m，可通過化學(xué)氣相沉積，或不同形式的濺射方式來(lái)制備；厚膜的膜厚為幾十微米，采用漿料絲網(wǎng)漏印燒結(jié)法制作；多孔陶瓷采用非致密燒結(jié)法制備。 五、典型半導(dǎo)體氣

5、敏陶瓷 SnO2系氣敏陶瓷 ZnO系氣敏陶瓷 Fe2O3系氣敏陶瓷 五、典型半導(dǎo)體氣敏陶瓷1、SnO2系氣敏陶瓷 SnO2氣敏陶瓷是最常用的氣敏半導(dǎo)體陶瓷，是以SnO2為基材，加入催化劑、黏結(jié)劑等，按照常規(guī)的陶瓷工藝方法制成的。SnO2粉料越細(xì)，比表面積越大，對(duì)被測(cè)氣體越敏感。 制造高分散的SnO2超細(xì)粉料的方法有錫酸鹽分解法、金屬錫燃燒法、等離子體反應(yīng)法及化學(xué)共沉淀物熱分解法等。 SnO2系氣敏陶瓷所用添加劑多為半導(dǎo)體添加劑（Sb2O3、V2O5、MgO、PbO、CaO等）。 五、典型半導(dǎo)體氣敏陶瓷SnO2系氣敏陶瓷制造的氣敏元件有如下特點(diǎn)： 靈敏度高，出現(xiàn)最高靈敏度的溫度較低，約在300；

6、 元件阻值變化與氣體濃度成指數(shù)關(guān)系，在低濃度范圍，這種變化十分明顯，非常適用于對(duì)低濃度氣體的檢測(cè)； 對(duì)氣體的檢測(cè)是可逆的，而且吸附、解吸時(shí)間短； 氣體檢測(cè)不需復(fù)雜設(shè)備，待測(cè)氣體可通過氣敏元件電阻值的變化直接轉(zhuǎn)化為信號(hào)，且阻值變化大，可用簡(jiǎn)單電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量； 物理化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕，壽命長(zhǎng)； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，耐振動(dòng)和抗沖擊性能好。 五、典型半導(dǎo)體氣敏陶瓷SnO2系氣敏陶瓷的應(yīng)用： 利用SnO2燒結(jié)體吸附還原氣體時(shí)電阻減少的特性來(lái)檢測(cè)還原氣體，已廣泛應(yīng)用于家用石油液化氣的漏氣報(bào)警、生產(chǎn)用探測(cè)報(bào)警器和自動(dòng)排風(fēng)扇等。 SnO2系氣敏元件對(duì)酒精和CO特別敏感，廣泛用于CO報(bào)警和工作環(huán)境的

7、空氣監(jiān)測(cè)等。 已進(jìn)入實(shí)用的SnO2系氣敏元件對(duì)于可燃性氣體，例如H2、CO、甲烷、丙烷、乙醇、酮或芳香族氣體等，具有同樣程度的靈敏度，因而SnO2氣敏元件對(duì)不同氣體的選擇性就較差。 五、典型半導(dǎo)體氣敏陶瓷2、ZnO系氣敏陶瓷 ZnO系氣敏陶瓷元件最突出的優(yōu)點(diǎn)是氣體選擇性強(qiáng)，一般加入適量的貴金屬催化劑來(lái)提高陶瓷元件的靈敏度。 ZnO氣敏元件對(duì)異丁烷、丙烷、乙烷等碳?xì)浠衔镉休^高靈敏度，碳?xì)浠衔镏刑荚財(cái)?shù)目越大靈敏度越高。 摻Pd的氧化鋅氣敏陶瓷元件對(duì)H2、CO靈敏度較高，對(duì)碳?xì)浠衔镬`敏度較差。 摻Ag的氧化鋅氣敏陶瓷元件對(duì)乙醇、苯和煤氣較靈敏，且成本也較低。 五、典型半導(dǎo)體氣敏陶瓷ZnO系氣

8、敏陶瓷氣敏元件的特點(diǎn)： 氧化鋅氣敏陶瓷元件的結(jié)構(gòu)與二氧化錫的不同，可以把它做成雙層，將半導(dǎo)體元件與催化物分離，這樣可以更換催化劑來(lái)提高元件的氣體選擇性，其缺點(diǎn)是元件的使用工作溫度較高。 四、典型半導(dǎo)體氣敏陶瓷3、Fe2O3系氣敏陶瓷 常見的鐵的氧化物有三種基本形式：FeO、Fe2O3和Fe3O4；其中，F(xiàn)e2O3有兩種陶瓷制品：-Fe2O3和-Fe2O3均被發(fā)現(xiàn)具有氣敏特性。 Fe2O3系氣敏陶瓷最大的特點(diǎn)是不用貴金屬做催化劑也能得到較高的催化性，高溫下熱穩(wěn)定性好。 Fe2O3氣敏陶瓷主要用于檢測(cè)異丁烷氣體和石油液化氣。 七、現(xiàn)存問題及展望 半導(dǎo)體氣敏陶瓷元件的靈敏度高，有利于實(shí)現(xiàn)快速，連續(xù)及

9、自動(dòng)測(cè)量，結(jié)構(gòu)及工藝簡(jiǎn)單、方便、價(jià)廉。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性、互換性不好，對(duì)不同氣體分辨力差，在低溫和常溫條件下具有工作問題。 積極開展有關(guān)氣敏半導(dǎo)體陶瓷材料基礎(chǔ)理論的研究；提高材料的性能，積極尋找新材料；積極開展多功能化、微型化、集成化氣敏半導(dǎo)體陶瓷元件的研制開發(fā)。Gas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsA.Yu. Lyashkov, A.S. Tonkoshkur, V.O. MakarovDepartment of Physics, Electronics and Computer Systems, Nationa

10、l University of Dnepropetrovsk, St. Gagarina 72, Dnepropetrovsk 49010, Ukraine148 (2010) 15Keywords: Tungsten oxide; Gas sensing; Ethanol; Ceramics; Electrical conductivity; Intergrainular potential barriers文獻(xiàn)賞析文獻(xiàn)賞析Gas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsAbstractGas sensing of

11、WO3 ceramics for ethanol alcohol vapor (C2H5OH) and amyl alcohol vapor (C5H11OH) was found. The increase of conductivity at the alcohol vapor was interpreted in the frame of grain boundary potential barriers model. We assumed that the sensitivity of the WO3 ceramics to alcohol vapor was essentially

12、due to desorption of oxygen at the surface of the grains. The gas sensing and electrical properties of WO3 ceramics are compared.Gas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsMethods MaterialWO3, MnO2, Na2O and A12O3 were used as raw materials. ExperimentThe ceramic samples were made

13、 by conventional electroceramie process. Appropriate amounts of WO3, MnO2, Na2O and A12O3 were mixed, pressed into disks of 12 mm diameter at pressure of 100 MPa. The pressed bodies were sintered for 12 h at 13731573 K in air and furnace cooled to room temperature (see Table 1). The planar electrode

14、s were made for gas sensing measurements. Gas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensin

15、g properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vapors

16、Gas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsGas sensing properties of WO3-based ceramics to ethanol vaporsConclusions We assumed that the sensing response of the WO3 ceramics to alcohol vapor was essentially due to desorption of oxygen at the surface of the grains. The gas sensing and structure parameters of various WO3 ceramics are compared. It was found that the WO3 ceramics sintered at 1473 K have a maximu