各种传感器用陶瓷材料汇总：材料膜化技术、湿敏材料、压力敏材料

　　1.材料膜化技术

　　由于陶瓷敏感元件存在体积大、互换性较差等不足之处，近年来，人们开发了材料膜化技术。

　　材料膜化由厚膜技术或薄膜技术完成。前者是将敏感材料粉碎并掺入少量作为粘结剂的玻璃材料后，加入有机粘合剂并混合成均匀的糊状，然后将其印刷在衬底上，在衬底上印刷的图案经烧结即制成元件。后者是用蒸发、溅射、化学汽相淀积（CVD）等成膜，然后用光刻技术制成特定图案。材料膜化技术是在IC或混合IC的基础上发展起来的，其特点是：容易小型化；便于布线和安装电极；批量性好；易于采取多层结构；可由附件提髙元件精度；已建立元件的实际装配技术；能与外围电路集成化。

　　薄膜和厚膜敏感元件的主要例子列于下表中。

薄膜和厚膜敏感元件

        下图示出的三种电极结构，对于同一种材料，膜化元件的电阻值可相差4?5个数量级。

厚膜敏感元件的基本结构

　　2.湿敏材料

　　（1）过渡金属复合氧化物

　　几乎所有过渡金属氧化物的电阻率都随湿度变化，特别是复合氧化物的这种效应更显著。下表列出各种陶瓷材料的感湿特性，其中MnWO₄，NiW0₃和ZnCr₂O₄的灵敏度特别高。

表 陶瓷材料的感湿特性

        灵敏度髙的材料其温度系数也大，但由于电阻率随湿度的变化呈对数关系，故温度变化产生的检测误差极小。

        下图示出典型材料的电阻与湿度的关系。由下图可知，材料电阻值的对数随湿度的变化仅是近似线性关系，实用湿敏元件还需要补偿电路修正。

图 材料的电阻值与湿度的关系

　　（2）其他湿敏材料

　　除上表的湿敏材料外，还有下表中列出的其他湿敏材料，它们是利用自身电阻、谐振频率和电容等随湿度变化的现象检测湿度，不过，后二者的应用领域极窄。若水晶振子表面涂的吸湿剂是气敏材料，则可用水晶振子构成多种气敏元件，其缺点是检测电路成本偏髙，故仅在特定场合使用。

表 其他湿敏元件

　　露点敏感元件是湿敏元件的特例，它可用于防止车窗结露导致视觉模糊和磁带录像机的带子卷带等。按材料分类，露点敏感元件有三种类型：一是将导电粉分散在有机材料中，由于有机材料吸水而膨胀，使导体的网络分离而引起电阻急剧上升；二是将电介质粉分散在有机物中，由于电介质吸水而电阻下降；三是在电极间配以岛状粉末导体，由于结露使导体间的狭窄间隔短路，从而使电阻值减小。前两种有通过改变有机物和被覆材料的种类即可改变恢复时间的特点，后者能有效地用于必须高速响应的场合。

　　3.压力敏材料

　　已实用的压力敏元件主要是硅压力敏元件，它是利用硅薄膜上制成的扩散电阻受形变时发生的电阻值变化来敏感压力。

　　此外，利用下表的各种压力敏感元件也能检测压力。其中，厚膜压力敏感元件是利用Rh0₂系厚膜电阻因形变而电阻发生变化的现象，它的压力系数仅是硅压力敏感元件的1/5,但比金属薄膜的大。这种厚膜温度系数较小，多数不需要温度补偿，并且，通过修正可提高精度和能的互换。

表 各种压力敏感元件的性能

　　另外，这种厚膜电阻还可跟厚膜电路集成化，有老化性能好等特点。