气敏陶瓷的基本原理

半导体气敏陶瓷的导电机理主要有能级生成理论和接触粒界势垒理论。按能级生成理论，当SnO2、ZnO等N型半导体陶瓷表面吸附还原性气体时，气体将电子给予半导体，并以正电荷与半导体相吸，而进入N型半导体内的电子又束缚少数载流子空穴，使空穴与电子的复合率降低，增大电子形成电流的能力 ，使陶瓷电阻值下降；当N型半导体陶瓷表面吸附氧化性气体时，气体将其空穴给予半导体，并以负离子形式与半导体相吸， 而进入N型半导体内的空穴使半导体内的电子数减少，因而陶瓷电阻值增大。接触粒界势垒理论则依据多晶半导体能带模型，在多晶界面存在势垒，当界面存在氧化性气体时势垒增加，存在还原性气体时势垒降低，从而导致阻值变化。

常用的气敏陶瓷材料有SnO2、ZnO和ZrO2。SnO2气敏陶瓷的特点是灵敏度高，且出现最高灵敏度的温度Tm较低（约300℃），最适于检测微量浓度气体，对气体的检测是可逆的，吸附、解析时间短。ZnO气敏陶瓷的气体选择性强。ZrO2系氧气敏感陶瓷是一种固体电解质陶瓷的快离子导体。因ZrO2固体中含有大量氧离子晶格空位，因此，造成氧离子导电。

传统的陶瓷半导体气敏材料主要有SnO2、Fe2O3、WO3、ZnO、In2O3等过渡金属氧化物,但这些材料大多是广普型的气敏材料,对气体的选择性并不好。虽然通过贵金属掺杂和制膜工艺的改进气敏选择性有所改进,但是又增加了成本。从20世纪80年代起,人们发现ZnSnO3和LaFeO3等钙钛矿复合金属氧化物材料用传统工艺制备的气敏元件就能表现出良好的敏感特性。随后就开始了大量的研究,成为近年来研究的热点。本文以ZnSnO3为研究对象,分别对这种材料的纳米化制备、气敏性能、掺杂改性等方面进行实验研究对其气敏机理也进行了初步的探索研究。本课题采用共沉淀法制备了ZnSnO3的前驱体,再通过高温焙烧合成得到了钙钛矿型复合氧化物。XRD图谱分析表明:用超声波振荡分散和低温陈化新工艺制得ZnSnO3为单相结构,产物中没有杂相出现而制得的粉末纯度也比传统工艺制得粉

气敏材料

指遇到特定气体时，在一定条件下，其物理化学性质将随外界气体种类和浓度变化而发生一定变化的功能材料。现在使用的气敏材料主要有气敏半导体陶瓷和高分子气敏材料两类：

1．气敏半导体陶瓷。按其气敏原理的不同可分为以下三种：①半导体气敏材料，为一些金属氧化物，如SnO2、ZnO2等。此种材料的表面吸附气体分子时，其电阻、电流或电压会发生急剧变化。改变对此种材料的加热温度和添加些催化剂(如Pd、Pt和ThO2)等，可提高其对气体吸附反应的灵敏度。②接触燃烧式气敏材料。此种材料由两种材料构成(如Pt-A12O3+Pt丝，Pd-A12O3+Pt丝)，其中一种与气体发生接触燃烧反应而产生热量；而另一种材料(多选用Pt丝)的电阻对温度敏感。③固体电解质气敏材料。此种材料(如CaO-ZrO2、Y2O3-ZrO2等)对气体的选择透通性能，在电解质中产生离子，形成浓差电势。

2．高分子气敏材料。这类材料在遇到特定气体时，其电阻、介电常数和材料表面声波传播速度和频率等物理性能会发生变化，如聚异丁烯等。

气敏材料被用作气体传感器的元件，用于检测月燃气体和有毒气体。

施主能级多数是靠近导带底的，而受主能级多数是靠近价带顶的。即它们的电离能一般比较小，室温下就可以受到热激发产生导电载流子，从而形成半导体。

敏感陶瓷指某些性能随外界条件（温度、电压、湿度、气氛）的变化而发生改变的陶瓷。