陶瓷傳感器

陶瓷有絕緣性、磁性、介電性、導電性（半導電性）等多種電磁性能。

陶瓷傳感器材料與金屬傳感器材料相比，其主要特點是彈性性能高、滯後小，在小位移時其耐疲勞性、長期穩定性及耐腐蝕性均較好。陶瓷在破碎以前，其應力一應變關係始終保持線性，最適於製作高温工作下的彈性元件。同時，陶瓷材料價格低廉，因此，在傳感器材料中陶瓷材料受到高度重視。

陶瓷傳感器材料可分為兩類：檢測能量的物理傳感器材料和識別化學物質及其含量的化學傳感器材料。前者敏感光、熱、壓力和聲等能量，可構成熱、位置、速度、紅外等傳感器；後者接受化學物質而產生能量變化，可構成氣敏等傳感器。傳感器用陶瓷材料的種類較多，但大都是氧化物陶瓷。 ^[1] 

陶瓷傳感器是選用陶瓷材料的傳感器。具有下述性質：

通過控制它的成分和燒結條件等手段，陶瓷的微觀結構比較容易調節。微觀結構對陶瓷的所有特性都有重大影響，包括它們的電學、磁性、光學、熱學和機械性能。

由於陶瓷材料的耐高温和抗惡劣環境影響能力很強，所以常常將它們用於高温環境下的處理過程。

陶瓷主要是由價格便宜的材料製備而成的，這就是説用它生產的傳感器價格也將比較低廉。

陶瓷的結構特性是和下列因素密切相關的：晶粒（塊體），分隔相鄰晶粒的表面（晶粒間界），分隔晶粒表面和空間的界面，以及結構中的孔隙。由於這些各不相同的特性，既可利用陶瓷塊體，也可利用陶瓷表面的性質來製造傳感器。

已用於傳感器製備的陶瓷材料有以下幾類：

1）基於利用其晶粒物理特性的材料；

2）基於利用其晶粒間界性質的材料；

3）基於利用其表面特性的陶瓷材料。

作為敏感材料的陶瓷與瓷器、玻璃、磚瓦水泥等傳統陶瓷不同，它是一類由高純度原料微粒摻合並經精密燒結而成，對外界條件變化特別敏感的材料。陶瓷敏感材料又稱做電子陶瓷，不僅具有對磁性、温度、壓力和光強變化敏感的特性，還具有經濟、耐腐蝕、硬度高、易成型以及高温性能穩定等優點，電子陶瓷包括壓電陶瓷、熱釋電陶瓷、半導體陶瓷等。

壓電材料有單晶和多晶兩種，前者以石英晶體為代表，其特點是温度穩定性和老化性能好，且Q值極高，後者以鋯鈦酸鉛壓電陶瓷為代表，其特點是容易製作，性能可調，便於批量生產。壓電陶瓷是多晶體。

是最早發現的壓電陶瓷，它由

和

按1:1摩爾分子比例混合燒結而成。其壓電性、介電常數及電阻率都很高，價格便宜，但當温度高於393 K時，突然失去壓電特性（此温度叫做居里温度），故BaTi03的温度穩定性差。

是“一元系”壓電陶瓷代表。由

和

按Ti：Zr=47：53的摩爾分子比組成的雙成分系固溶體為二元系壓電陶瓷代表，簡稱PZT。它的居里温度為573 K，性能穩定，具有很好的壓電性和很高的介電常數。在PZT中加入一定量的Pb（

，

）

構成三成分陶瓷，簡稱PMN。PMN屬三元系陶瓷，居里點為533 K，壓電性很強，能承受

Pa的壓力。

壓電陶瓷材料已廣泛用於力敏、聲敏、熱敏、光敏、濕敏和氣敏等傳感器。

一些陶瓷材料在紅外線照射下具有明顯的熱釋電效應。用這類材料可以製成紅外線敏感器件。熱釋電陶瓷紅外線敏感器件的特點有：①非接觸檢測、靈敏度高、檢測温度範圍寬（一80～1500℃）；②能在常温下工作；③響應快。

熱釋電材料種類繁多，但當今實用化的材料還僅是

和PZT陶瓷，以及

單晶。

是鐵電體，它有居里點高、自發極化和介電常數大等特點，有望成為高温、高頻壓電材料。純

燒結困難，必須摻入

、

，或添加

和

的組合物，這樣即可獲得紅外線敏感元件的實用材料。另外，由於近年來單晶生長技術的進步，現在已能提供便宜的優良

單晶材料。 ^[2]