[科普中国]-陶瓷传感器-

陶瓷传感器是选用陶瓷材料的传感器。具有下述性质：

通过控制它的成分和烧结条件等手段，陶瓷的微观结构比较容易调节。微观结构对陶瓷的所有特性都有重大影响，包括它们的电学、磁性、光学、热学和机械性能。

概述陶瓷有绝缘性、磁性、介电性、导电性（半导电性）等多种电磁性能。

陶瓷传感器材料与金属传感器材料相比，其主要特点是弹性性能高、滞后小，在小位移时其耐疲劳性、长期稳定性及耐腐蚀性均较好。陶瓷在破碎以前，其应力一应变关系始终保持线性，最适于制作高温工作下的弹性元件。同时，陶瓷材料价格低廉，因此，在传感器材料中陶瓷材料受到高度重视。

陶瓷传感器材料可分为两类：检测能量的物理传感器材料和识别化学物质及其含量的化学传感器材料。前者敏感光、热、压力和声等能量，可构成热、位置、速度、红外等传感器；后者接受化学物质而产生能量变化，可构成气敏等传感器。传感器用陶瓷材料的种类较多，但大都是氧化物陶瓷。1

性质陶瓷传感器是选用陶瓷材料的传感器。具有下述性质：

由于陶瓷材料的耐高温和抗恶劣环境影响能力很强，所以常常将它们用于高温环境下的处理过程。

陶瓷主要是由价格便宜的材料制备而成的，这就是说用它生产的传感器价格也将比较低廉。

陶瓷的结构特性是和下列因素密切相关的：晶粒（块体），分隔相邻晶粒的表面（晶粒间界），分隔晶粒表面和空间的界面，以及结构中的孔隙。由于这些各不相同的特性，既可利用陶瓷块体，也可利用陶瓷表面的性质来制造传感器。

已用于传感器制备的陶瓷材料有以下几类：

1）基于利用其晶粒物理特性的材料；

2）基于利用其晶粒间界性质的材料；

3）基于利用其表面特性的陶瓷材料。

陶瓷传感器材料作为敏感材料的陶瓷与瓷器、玻璃、砖瓦水泥等传统陶瓷不同，它是一类由高纯度原料微粒掺合并经精密烧结而成，对外界条件变化特别敏感的材料。陶瓷敏感材料又称做电子陶瓷，不仅具有对磁性、温度、压力和光强变化敏感的特性，还具有经济、耐腐蚀、硬度高、易成型以及高温性能稳定等优点，电子陶瓷包括压电陶瓷、热释电陶瓷、半导体陶瓷等。

压电陶瓷压电材料有单晶和多晶两种，前者以石英晶体为代表，其特点是温度稳定性和老化性能好，且Q值极高，后者以锆钛酸铅压电陶瓷为代表，其特点是容易制作，性能可调，便于批量生产。压电陶瓷是多晶体。是最早发现的压电陶瓷，它由和按1:1摩尔分子比例混合烧结而成。其压电性、介电常数及电阻率都很高，价格便宜，但当温度高于393 K时，突然失去压电特性（此温度叫做居里温度），故BaTi03的温度稳定性差。是“一元系”压电陶瓷代表。由和按Ti：Zr=47：53的摩尔分子比组成的双成分系固溶体为二元系压电陶瓷代表，简称PZT。它的居里温度为573 K，性能稳定，具有很好的压电性和很高的介电常数。在PZT中加入一定量的Pb（，）构成三成分陶瓷，简称PMN。PMN属三元系陶瓷，居里点为533 K，压电性很强，能承受Pa的压力。