敏感陶瓷敏感陶瓷的结构与性能

现代电子技术要求传感器将检测到的信息(如温度、湿度、气体浓度等)以电信号的形式输出，因此，敏感陶瓷常属半导体材料。主要是在绝缘陶瓷中通过掺入微量的杂质，并在适当的气氛中烧结，以控制其化学计量比偏离及设计的微观结构，获得相应的半导体化特征，以便其具备某种特定要求的性能。

陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相系统，通过掺杂，造成晶粒的组分偏离，尤其在晶粒表层产生固溶、偏析及晶格缺陷，在晶界(包括同质晶界、异质晶界及晶粒间相)处产生异质相的析出、杂质的聚集、晶格缺陷及晶格各向异性等。这些晶粒边界层的组成、结构的变化，显著改变了晶界的电性能，从而导致整个陶瓷电气性能的显著变化。

传感器的发展趋势是力求微型化和引入微电子技术，不断提高工作可靠性。为满足工业自动化、办公自动化和家庭自动化的需要，在发展微机和自动化的同时开发研究新型传感器。人们开始注重研究敏感机理，结合实际需要来充分利用材料已有的功能特性和现象，不断创新，开拓新品种的敏感陶瓷材料,使之实用化。

1、多功能化。大多传感器是单一功能的，但随着控制系统的日益复杂，迫切需要能同时检测两个或两个以上物理或化学参量的多功能传感器。

2、薄膜化。薄膜材料已成为许多新兴技术的基本材料.它对传感器向固态化、集成化、多功能化和智能化方向的发展有重要作用。采用薄膜化技术制备的敏感元件具有体积小、质量轻、功耗低、便于大规模生产、产品的一致性和稳定性好、成本低等特点。

3、开发新功能材料。敏感功能陶瓷是制作传感器的物质基础.高性能的传感器完全取决于敏感材料的特性和质量。因此，大力开发利用新型功能敏感材料是材料发展的重要趋势，复合化、数字化输出、集成化、片状化是其发展的几个方向，而且有些方向还可以结合起来应用，应用前景广阔。

半导体陶瓷的晶界效应，显示了许多单晶体所不具有的性质。人们可以从宏观上调节化学组分、气孔率(从致密到多孔质)；从微观上控制微区组分(主要是晶界组分)和微观结构(晶粒、晶界及其缺陷等) ，可以获得一系列特殊功能材料。这些功能材料的应用特性虽然与晶粒本身性质有关,但更主要是利用晶界及材料表面的特性，这是单晶体所不及的。已获得实用的半导体陶瓷可分为三：

(1)主要利用晶体本身性质的有NTC热敏电阻、高温热敏电阻、氧气传感器。

(2)主要利用晶界性质的有PTC热敏电阻、ZnO系压敏电阻。

(3)主要利用表面性质的有各种气体传感器、湿度传感器。

绝大部分敏感陶瓷由各种氧化物组成，由于这些氧化物多数禁带宽度E_g≥3eV，属绝缘体，要使它们变成半导体，需要在禁带中形成附加能级(施主能级或受主能级)。一般来说，这些施主能级多数是靠近导带底的，而受主能级多数是靠近价带顶的。即它们的电离能一般比较小，在室温下就可以受到热激发产生导电载流子，形成半导体。形成附加能级主要有两种途径：一种是通过化学计量比偏离来形成氧化物的附加能级，另一种是通过添加杂质形成氧化物的附加能级。

“该校教育部敏感陶瓷工程研究中心建设项目目标明确、发展战略思路清晰、投资到位、管理规范、业绩突出，一致同意通过验收。”

2004年8月19日中午，记者欣闻该校承担的教育部敏感陶瓷工程研究中心建设项目顺利通过验收。

上述结论是由清华大学李龙土院士任组长的专家小组，在详细听取了该校电子科学与技术系博导、教育部敏感陶瓷工程技术研究中心主任周东祥教授的工作汇报后，对建设项目进行全面细致考察的基础上得出的。教育部科技司邰忠智处长主持会议。大会由来自清华大学、武汉大学、天津大学等兄弟院校的共五位技术专家和两位管理专家共同组成专家小组，七人小组进行了对项目建设的各项工作进行了严格的验收。

教育部敏感陶瓷工程中心在该校原电子信息材料研究所的基础上，经教育部批准，于2001年成立的属部级研究单位。该研究方向的前身是我系的“电子材料与元件”专业，是国内最早创建该专业的四所高校之一，也是国内最早被批准的博士点之一。工程研究中心在电子功能材料领域取得了大批研究成果，研究水平及产业化方面独树一帜，总体研究水平居国内前列。

专家小组建议该校该中心建设纳入学校整体发展规划，多多给予支持，将该中心建设成为国内一流的信息功能陶瓷工程研究中心，研发出更多的具有自主知识产权的信息功能材料产品，为我国电子工业的发展作出更大贡献。

副校长王乘以及有关部处的领导出席了验收工作会议并讲话。

敏感陶瓷教育部工程研究中心 依托华中科技大学。

研究中心在电子功能材料领域取得了大批研究成果，研究水平及产业化方面独树一帜，总体研究水平居国内前列。

微波介质陶瓷及微波铁电学研究；敏感材料及表面贴装片式元器件（SMC）研究；光电信息薄膜及集成铁电学研究；仪器仪表及计算机测试技术研究。