
人们在研制试验各种陶瓷时,发现半导体陶瓷作为气敏材料的灵敏度非常高。如薄膜状氧化锌气敏材料可检测氢气、氧气、乙烯和丙烯气体;以铂作催化剂时可检测乙烷和丙烷等烷烃类可燃性气体;氧化锡气敏材料可检测甲烷、乙烷等可燃性气体。氧化铱系材料是测氧分压最常用的敏感材料。
此外,氧化铁、氧化钨、氧化铝、氧化铝等氧化物都有一定的气敏特性。它们通过有选择地吸附气体,使半导体的表面能态发生改变,从而引起电导率的变化,以此确定某种未知气体及其浓度。目前探测诸如一氧化碳、酒精、煤气、苯、丙烷、氢、二氧化硫等气体的气敏陶瓷已经获得了成功。
半导体陶瓷气敏材料在工业上有着极为广阔的应用前景。如对煤矿开采中的瓦斯进行控制与检测,对煤气输送和化工生产中管道气体泄漏进行监测等。
气敏陶瓷通常分为半导体式和固体电解质式两大类。
按制造方法又分为烧结型、厚膜型和薄膜型。
制造方法又分为烧结型、厚膜型和薄膜型。
按材料成分分为金属氧化物系列( ZnO、材料成分分为金属氧化物系列(SnO2、ZnO和复合氧化物系列(通式为ABO Fe2O3、ZrO2)和复合氧化物系列(通式为ABO3)。
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。