TiO2基陶瓷湿敏元件的研究和发展

TiO2基湿敏陶瓷是一类十分重要的湿敏陶瓷,应用十分广泛.本文综述了TiO2基陶瓷湿敏元件的研究和发展.重点介绍了7种TiO2基陶瓷湿敏元件的材料配方、制备工艺、湿敏性能及研究进展.     

TiO2—K2O—Y2O3—SiO2陶瓷薄膜结露元件的制备及其湿敏性能研究

采用淀粉产法制备了ＴｉＯ２－Ｋ２Ｏ－Ｙ２Ｏ３－ＳｉＯ２（Ｔｉ：Ｋ：Ｙ：Ｓｉ＝１：０．１＋０．０４＋０．０５,摩尔比）陶瓷薄膜结露元件,研究了陶瓷粉末和薄膜的结构以及元件的感湿性能。６００℃热处理后,陶瓷粉末和薄膜主要由锐钛矿型Ｔdisplay status     

离子束辅助沉积制备TiO2—Nb2OT氧敏薄膜

采用离子束辅助沉积方法在Ａｌ２Ｏ３陶瓷衬底上制备了ＴｉＯ２－Ｎｂ２Ｏ５的氧敏薄膜。考察了薄膜组分比及退火温度对薄膜氧敏特性和结果的影响。电阻－氧分压特性测试结果表明，纯Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性优于纯ＴｉＯ２薄膜；掺入少量的Ｔｉ可使Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性提高，以５ｍｏｌ％ＴｉＯ２掺杂的Ｎｂ２Ｏ５薄膜最佳；     

钛掺杂的α-Fe2O3-K2O纳米湿敏陶瓷结构与性能研究

采用硬脂酸胶法新工艺在α－Ｆｅ２Ｏ３－Ｋ２Ｏ复合体系中掺入ＴｉＯ２,ＸＲＤ,ＢＥＴ比表面吸附,Ａｒｃｈｉｍｅｄｅ排水法等手段对掺钛α－Ｆｅ２Ｏ３－Ｋ２Ｏ纳米陶瓷分析表征结果表明,适量掺杂ＴｉＯ２,材料仍保持α－Ｆｅ２Ｏ３的刚玉结构,且具有很高的热稳定性,但抑制了主晶相晶粒成长,增大了材料比表面积及孔隙率,电性能及湿敏特生测试结果表明,适量掺杂ＴｉＯ２,降低了材料固有电阻,显著减小了材料湿滞;认为钛     

纳米SnO_2及分子筛封装纳米SnO_2簇的湿敏性能研究

本文以液相法制备的纳米ＳｎＯ２微粉和分子筛封装的纳米ＳｎＯ２簇微粉为原料，采用涂膜法制作成湿敏元件，并且分别对这两种元件进行了湿敏性能的测试。研究表明纳米ＳｎＯ２微粉和分子筛封装的纳米ＳｎＯ２簇微粉，其湿敏元件灵敏度明显高于普通ＳｎＯ２微粉，阻湿线性关系良好，具有较好的湿敏性能。     

离子束辅助沉积制备TiO_2-Nb_2O_5氧敏薄膜

采用离子束辅助沉积方法在Ａｌ２Ｏ３陶瓷衬底上制备了ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５氧敏薄膜。考察了薄膜组分比及退火温度对薄膜氧敏特性和结构的影响。电阻氧分压特性测试结果表明，纯Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性优于纯ＴｉＯ２薄膜；掺入少量的Ｔｉ可使Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性提高，以５ｍｏｌ％ＴｉＯ２掺杂的Ｎｂ２Ｏ５薄膜最佳；过量掺杂则使Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性明显变差。在５ｍｏｌ％ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５薄膜中再掺入少量的Ｐｔ（０３％０５％）可使其氧敏特性更好，而且其响应时间大大缩短。Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ）和Ｘ射线光电子谱（ＸＰＳ）分析表明，在退火后的ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５薄膜中Ｎｂ２Ｏ５为单斜（Ｍｆｏｒｍ）结晶相，而掺杂的Ｔｉ以非晶的ＴｉＯ２形式存在，即使在高达３４ｍｏｌ％ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５薄膜中也不例外。纯ＴｉＯ２膜为金红石结构。不同退火温度（９００１１０００Ｃ）对薄膜的氧敏特性和结构无明显影响。     

陶瓷湿敏元件的长期稳定性问题及改进措施

陶瓷湿度传感器是湿度传感器的重要发展方向。改善陶瓷湿敏元件的长期稳定性是一项重要的研究课题。本文详细分析了湿敏陶瓷的微观结构和感温机理,评述了引起陶瓷湿敏元件性能漂移的因素和机理,以及改善陶瓷湿敏元件长期稳定性的有效措施。     

Na2O—TiO2微粉的制备及其湿敏特性

采用溶液－凝胶工艺制备了Ｎａ２Ｏ－ＴｉＯ２微粉体系。对微粉的粒度及物相进行了分析。湿敏特性测试结果表明；Ｎａ２Ｏ－ＴｉＯ２在１１－９５％Ｒ的相对湿度范围内具有很高的灵敏度及较好的响应特性。     

α-Fe_2O_3基纳米陶瓷制备的CO气敏元件

报道了本课题组对α－Ｆｅ２Ｏ３基纳米陶瓷制备的ＣＯ气敏元件的中试工作，结果表明中试批量制得的元件能耗低、对ＣＯ有高的灵敏度、良好的选择性及稳定性，制件的成品率较高、成本低。现正着手准备工业规模生产。     

TiO_2－Al－B系反应烧结制备的复相陶瓷和原位Al基复合材料

采用反应烧结方法，利用ＴｉＯ２，Ａｌ和Ｂ粉末间的放热反应在较低的温度下制备Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２复相陶瓷和原位生长Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２弥散粒子增强Ａｌ复合材料Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２复相陶瓷是密度ρ～０．８的多孔体，由尺寸约１０μｍ的生长单元构成晶粒，在陶瓷中还含有少量的Ａｌ３Ｔｉ．Ａｌ基复合材料中原位形成的Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２粒子尺寸小于２μｍ，在基体中呈现均匀分布，没有发现Ａｌ３Ｔｉ生成．这种原位Ａｌ基复合材料具有优于ＳｉＣｗ／Ａｌ复合材料的强度．     

纳米LaFeO3湿敏特性的研究

用柠檬酸盐法制备纳米晶ＬａＦｅＯ３材料，平均粒径为１５ｎｍ，纳米ＬａＦｅＯ３湿敏元件的灵敏度高于陶瓷ＬａＦｅＯ３湿敏元件。在１０－９８％ＲＨ湿度范围电阻变化三个数量级。     

TiC／（Al_2O_3／Y－TZP）复相陶瓷的制备与性能

本文采用热压工艺制备ＴｉＣ和Ａｌ_２Ｏ_３共同补强Ｙ－ＴＺＰ基复相陶瓷，研究了复相陶瓷的相组成、力学性能及显微结构．发现复相陶瓷的高温强度得到显著提高，１０００℃时，组成为３０ｖｏｌ％ＴｉＣ－（２５ｖｏｌ％Ａｌ２Ｏ３／１．８Ｙ－ＴＺＰ）复相陶瓷抗弯强度高达６１４ＭＰａ．ＴｉＣ颗粒补强机制在高温下发挥了重要作用．     

无机杂质对改善纳米BaTiO_3湿敏特性的作用

用硬酯酸盐法合成了纳米ＢａＴｉＯ３材料，它对湿度有良好的敏感性能。在纳米ＢａＴｉＯ３中掺入少量杂质，会影响其感湿性能。本文研究了掺杂方法、掺杂种类及掺杂浓度对纳米ＢａＴｉＯ３湿敏元件的电阻和湿滞的影响。混合掺入Ｎａ２ＣＯ３和ＮａＨ２ＰＯ４可以使纳米ＢａＴｉＯ３湿敏元件的电阻为１０６～１０３Ω，湿滞＜３％。     

TiO2对Y掺杂PTCR陶瓷材料性能的影响

本文对ＴｉＯ２原料的晶型、颗粒状况和纯度对Ｙ＾３＋掺杂ＢａＴｉＯ３基ＰＴＣＲ材料的显微结构、电性能的影响作了探讨，结果表明，ＴｉＯ２原料的晶型、颗粒大小和团聚状况都将影响到ＰＴＣＲ陶瓷的显微结构，ＴｉＯ２原料的晶型对ＰＴＣＲ陶瓷半导化过程有影响，原料存在杂质和团聚，将使ＰＴＣＲ陶瓷的电阻－温度特性变差。     

ZnO基导电陶瓷的溶胶掺杂制备

用Ｃｏ、Ｎｂ、Ｙ元素对ＺｎＯ材料进行掺杂制备出ＺｎＯ基导电陶瓷样品。研究了掺杂含量及掺杂方式对ＺｎＯ基导电陶瓷电阻率的影响。用溶胶一凝胶法制得Ｙ（ＮＯ３）３含Ｔｉ掺杂剂溶胶且与Ｙ２Ｏ３固相氧化物掺杂进行了比较。结果表明,Ｙ（ＮＯ３）３含Ｔｉ溶胶掺杂可制备出室温电阻率很低的ＺｎＯ基导电陶瓷,其室温电阻率可达３．３８ｘ１０－２Ω·ｍ,溶胶引入量为０．０５％ｍｏｌ。     

溶胶—凝胶法制备薄膜湿敏元件的研究

用溶胶－凝胶法制备了Ｒ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）薄膜湿敏元件，研究了它们的感湿特性，对薄膜的结构、导电机理进行了讨论，获得的湿敏元件具有响应快、滞后小和灵敏度等优点。     

溶胶－凝胶法制备薄膜湿敏元件的研究

用溶胶－凝胶法制备了Ｒ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系（Ｒ＝Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）薄膜湿敏元件，研究了它们的感湿特性，对薄膜的结构、导电机理进行了讨论．获得的湿敏元件具有响应快、滞后小和灵敏度高等优点．     

TiO2—Al—B系反应烧结制备的复相陶瓷和原位Al基复合材料

采用反应烧结方法，利用ＴｉＯ２，Ａｌ和Ｂ粉末间的放热反应的较低的温度下制备Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２复相陶瓷和原位生长Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２弥散粒子增强Ａｌ复合，Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２复相陶瓷是密度ρ－０．８的多孔体，由尺寸小于２μｍ，在基体中呈现均匀分布，没有发现Ａｌ３Ｔｉ生成，这种原位Ａｌ基复合材料具有优于ＳｉＣｗ／Ａｌ复合材料的强度。     

高容量SiO2掺杂的（Ba,Pb）TiO3基高居里温度PTCR陶瓷

在制备高质量的（Ｂａ，Ｐｂ）ＴｉＯ＿３基高居里温度ＰＴＣＲ陶瓷时，一般采用铅气氛烧结方法。但是，这种烧结工艺制成的产品的相对成本是高的。作者的实验表明，高容量ＳｉＯ＿２掺杂烧结方法也可以用于制备高质量的（Ｂａ，Ｐｂ）ＴｉＯ＿３基高居里温度ＰＴＣＲ陶瓷。本文主要报道高容量ＳｉＯ＿２对（Ｂａ，Ｐｂ）ＴｉＯ＿３基高居里温度ＰＴＣＲ陶瓷烧结工艺和电特性的影响。     

TiC／（Al2O3／Y—TZP）复相陶瓷的制备与性能

本文采用热压工艺制备ＴｉＣ和Ａｌ２Ｏ３共同补强Ｙ－ＴＺＰ基复相陶瓷，研究了复相陶瓷的相组成。力学性能及显微结构，发现复相陶瓷的高温强度得到显著提高，１０００℃时，组成为３０ｖｏｌ％ＴｉＣ－（２５ｖｏｌ％，Ａｌ２Ｏ３／１．８Ｙ－ＴＺＰ）复相陶冷饮 抗弯强度高达６１４ＭＰａ，ＴｉＣ颗粒补强机制在高温下发挥了重要作用。