氧化鋅系氣敏陶瓷

氧化鋅系氣敏陶瓷是指具有氣敏效應的氧化鋅系半導體陶瓷。從套用的廣泛性來看，其重要性僅次於SnO₂，最高靈敏度的T溫度約為450℃。

基本介紹

• 中文名：氧化鋅系氣敏陶瓷
• 外文名：ZnO2 gas sensitive ceramic
• 學科：材料工程
• 領域：工程技術

定義

氧化鋅系氣敏陶瓷是指具有氣敏效應的氧化鋅系半導體陶瓷。

重要性

從套用的廣泛性來看,其重要性僅次於SnO₂，最高靈敏度的T溫度約為450℃。

特點

主要特點是靈敏度與催化劑的種類有關，從而提供了用摻雜來獲得對不同氣體選擇性的可能性。

靈敏度

摻Pt的ZnO對異丁烷、丙烷、乙烷等碳化氫氣體有高靈敏度，碳化氫中碳元素的數目越大，靈敏度越高。對於這些氣體，從濃度為4000ppm開始.其深度與靈敏度接近於線性關係，這對提高元件對氣體濃度的分辨力是利的，而它對氫、一氧化碳、甲烷、煙霧等靈敏度則比較低。摻Pd的ZnO恰好相反，對氫和一氧化碳的靈敏度高而對碳化氫氣體的靈敏度卻較差，其靈敏度與依度關係接近於線性的區城也是自4000ppm開始。

氣敏陶瓷的原理

半導體氣敏陶瓷的導電機理主要有能級生成理論和接觸粒界勢壘理論。按能級生成理論，當SnO2、ZnO等N型半導體陶瓷表面吸附還原性氣體時，氣體將電子給予半導體，並以正電荷與半導體相吸，而進入N型半導體內的電子又束縛少數載流子空穴，使空穴與電子的複合率降低，增大電子形成電流的能力 ，使陶瓷電阻值下降；當N型半導體陶瓷表面吸附氧化性氣體時，氣體將其空穴給予半導體，並以負離子形式與半導體相吸， 而進入N型半導體內的空穴使半導體內的電子數減少，因而陶瓷電阻值增大。接觸粒界勢壘理論則依據多晶半導體能帶模型，在多晶界面存在勢壘，當界面存在氧化性氣體時勢壘增加，存在還原性氣體時勢壘降低，從而導致阻值變化。

常用的氣敏陶瓷材料有SnO₂、ZnO和ZrO₂。SnO₂氣敏陶瓷的特點是靈敏度高，且出現最高靈敏度的溫度Tm較低（約300℃），最適於檢測微量濃度氣體，對氣體的檢測是可逆的，吸附、解析時間短。ZnO氣敏陶瓷的氣體選擇性強。ZrO₂系氧氣敏感陶瓷是一種固體電解質陶瓷的快離子導體。因ZrO₂固體中含有大量氧離子晶格空位，因此，造成氧離子導電。

發展方向

(1)積極開展有關氣敏半導體陶瓷材料基礎理論的研究。必須進一步深入地開展對上述各項的研究，才能從新的理論基礎上探討解決氣敏半導體陶瓷材料各種性能問題。

(2)提高材料的性能，積極尋找新材料。氧化錫系、氧化鋅系，氧化鐵系等氣敏半導體陶瓷材料已實用化，但性能還有待進一步提高。

(3)積極開展多功能化、微型化、集成化氣敏半導體陶瓷元件的研製開發。今後氣敏半導體陶瓷元件的發展方向將是短，小、輕、薄型化。