第三章 陶瓷敏感材料 Q1什么是陶瓷材料？ 第1节陶瓷材抖料的定义 基本物化性质昨样？ 第2节陶瓷敏感材科的物理、化学性质 Q3:敏感用陶瓷材料有哪些？各自的敏感原理？ 第3节化学敏感元件用陶瓷材料 第4节物理敏感元件用陶瓷材料 电子到转大学 作相
电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 第三章 陶瓷敏感材料 Q1：什么是陶瓷材料？ 第1节陶瓷材料的定义 Q2：基本物化性质咋样？ 第2节陶瓷敏感材料的物理、化学性质 Q3：敏感用陶瓷材料有哪些？各自的敏感原理？ 第3节 化学敏感元件用陶瓷材料 第4节 物理敏感元件用陶瓷材料
1.陶瓷材料的定义 /98 1.1 概念 >从广义上讲陶瓷包含一切天然及合成的无机非金属固体 材料，如水泥、耐火材料、玻璃、天然石材、陶瓷等。 >从狭义上讲是用天然或合成的粉体，经成形和高温烧结 制成的，由金属和非金属的无机化合物构成的多晶固体材 料。 传统陶瓷：天然硅酸盐矿物（黏土、石英、长石等） 先进陶瓷：高纯度的人工合成原料（氧化物、氮化 物、碳化物等) 电到转大学
电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 从广义上讲陶瓷包含一切天然及合成的无机非金属固体 材料，如水泥、耐火材料、玻璃、天然石材、陶瓷等。 从狭义上讲是用天然或合成的粉体，经成形和高温烧结 制成的，由金属和非金属的无机化合物构成的多晶固体材 料。 传统陶瓷：天然硅酸盐矿物（黏土、石英、长石等） 先进陶瓷：高纯度的人工合成原料（氧化物、氮化 物、碳化物等） 1. 陶瓷材料的定义 1.1 概念
1.陶瓷材料的定义 /986 1.2制备方法及组织结构 原料预处理 配料 坯料制备 成形 制品 后加工 烧成 施釉 干燥 ◆陶瓷材料的组织结构特点 晶相：硅酸盐、氧化物和非氧化物 三相混合物 玻璃相：低熔点非晶态物质 气相：气孔 电子到转大学 缺感材赵与传成理思积妇 制作
电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 原料预处理 配料 坯料制备 成形 制品 后加工 烧成 施釉 干燥 陶瓷材料的组织结构特点 晶相：硅酸盐、氧化物和非氧化物 玻璃相：低熔点非晶态物质 气相：气孔 三相混合物 1.2 制备方法及组织结构 1. 陶瓷材料的定义
1.陶瓷材料的定义 /986 1.3 基本性能特点 (1)结合键主要为离子键，因此陶瓷材料具有高的化学稳 定性，耐高温、耐腐蚀、高强度等基本属性 （2)陶瓷材料的弹性模量是各类材料中最高的 (3)脆性材料，断裂前无塑性变形，冲击韧性极低，」 抗拉 强度远低于抗压强度。 (4)硬度高，尤其是高温硬度高。 (5)熔点高， 高温强度好，高温抗氧化性好，抗熔融金属 侵蚀性高。 (6)导电能力在很大范围内变化。 性脆、加工性能差 电子转大学 触感材料与传戒器果得组制作
电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 （2）陶瓷材料的弹性模量是各类材料中最高的 （1）结合键主要为离子键，因此陶瓷材料具有高的化学稳 定性，耐高温、耐腐蚀、高强度等基本属性。 （3）脆性材料，断裂前无塑性变形，冲击韧性极低，抗拉 强度远低于抗压强度。 （4）硬度高，尤其是高温硬度高。 （5）熔点高，高温强度好，高温抗氧化性好，抗熔融金属 侵蚀性高。 （6）导电能力在很大范围内变化。 性脆、加工性能差 1. 陶瓷材料的定义 1.3 基本性能特点
1.陶瓷材料的定义 1.3基本性能特点 离子键 共价键 举例 2Na+C1,=2NaC1 H2+C1,=2HC1 概念 阴、阳离子间的静电 原子间通过共用电子对 作用 所形成的相互作用 实质 静电作用 共用电子对 成键粒子 阴、阳离子（种类） 原子间 非金属原子间（化合物、单质（稀 存在范围 金属氧化物、绝大多数 盐、强碱、铵盐 有气体单质除外)、某些金属与非 金属原子间) 分类 极性键、非极性键 对物质性 离子键越强，熔沸 共价键越强，单质或化 质的影响 ,点越高 合物的稳定性越好 电子到转大学 威感材料与传戚器果程组制作
电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 1. 陶瓷材料的定义 1.3 基本性能特点
2.敏感陶瓷材料的物理、化学性质 >利用某些陶瓷的电阻率、电动势等物理参数对力、电、磁、热、 光以及某种气体或离子的敏感特性，可以制成种类繁多的敏感陶 瓷材料。 >热敏、湿敏、光敏、压敏、气敏及离子敏等。 >陶瓷材料具有性能稳定、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多 功能转化等优点。 >陶瓷材料在信息技术中占重要地位，广泛应用于信息的转换、存 储、传递和处理。 电子到书大学林感材料与传成婴果程烟 作
电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 2.敏感陶瓷材料的物理、化学性质 利用某些陶瓷的电阻率、电动势等物理参数对力、电、磁、热、 光以及某种气体或离子的敏感特性，可以制成种类繁多的敏感陶 瓷材料。 热敏、湿敏、光敏、压敏、气敏及离子敏等。 陶瓷材料具有性能稳定、可靠性好、资源丰富、成本低、易于多 功能转化等优点。 陶瓷材料在信息技术中占重要地位，广泛应用于信息的转换、存 储、传递和处理
2.陶瓷敏感材料的物理、化学性质 2.1化学稳定度 >材料的稳定性关系到敏感元件的工作可靠性。为了定量 表示敏感元件的化学稳定度，通常用热力学稳定度和化 学反应速度稳定度来表示。 >热力学稳定度：因化学反应而使该材料转化为其他化合 物的标准自由能大小。反应了敏感元件与电极材料等因 简单化合而劣化的可能性大小； >反应速度稳定度表示劣化化学反应速度的大小，若反应 慢，则被认为是比较稳定的材料。 电子到转大学 缺感材赵与传成理课积烟 作
电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 材料的稳定性关系到敏感元件的工作可靠性。为了定量 表示敏感元件的化学稳定度，通常用热力学稳定度和化 学反应速度稳定度来表示。 热力学稳定度：因化学反应而使该材料转化为其他化合 物的标准自由能大小。反应了敏感元件与电极材料等因 简单化合而劣化的可能性大小； 反应速度稳定度表示劣化化学反应速度的大小，若反应 慢，则被认为是比较稳定的材料。 2. 陶瓷敏感材料的物理、化学性质 2.1 化学稳定度
2.陶瓷敏感材料的物理、化学性质 986 例 比较固体Ni和Ni0中哪一个热力学稳定时，通过 以下化学反应的标准自由能变化： 2Ni(固相)+O,(汽相)=2NiO（固相) 平衡常数K和标准自由能△G°分别表示为： K三 ai·P △Go=-RTInK=-RTln anio a·Po2 aNio aN1为Ni0、Ni的化学活性度（活量），处于纯的状态分别是1.0 在Ni的氧化反应中，△G°为负值，且绝对值大，故Ni0稳定。 由子转大些威感材赵与传成熙 课得细 制作
电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 比较固体Ni和NiO中哪一个热力学稳定时，通过 以下化学反应的标准自由能变化： 2Ni（固相）+O2（汽相）=2NiO（固相） 平衡常数κ和标准自由能∆G°分别表示为： 2 2 NiO 2 Ni O a a P 2 2 NiO 2 N O ln ln i a G RT RT a P αNiO、αNi为NiO、Ni的化学活性度（活量），处于纯的状态分别是1.0 例 在Ni的氧化反应中， ∆G°为负值，且绝对值大，故NiO稳定。 2. 陶瓷敏感材料的物理、化学性质
吉布斯自由能（补） 吉布斯自由能又叫吉布斯函数，是热力学中一个重要的参量，常用G表 示，它的定义是： G=U-TS pV =H-TS 其中U是系统的内能，T是温度，S是熵，p是压强，V是体积，H是 焓。 化学反应进行方向中的应用：为了更直接的表示一个反应是否为自发反 应，必须引进吉布斯自由能。 因此，我们仅用考虑系统内的能量变化，就可以讨论反应是否自发进行 因为△G=△H-T△S △G0, 反应是反方向的自发反应。 电子到转大学储感材赵与传成要用积妇制作
电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 吉布斯自由能(补) 吉布斯自由能又叫吉布斯函数，是热力学中一个重要的参量，常用 G 表 示，它的定义是： G = U − TS + pV = H − TS 其中 U 是系统的内能，T 是温度，S 是熵，p 是压强，V 是体积，H 是 焓。 化学反应进行方向中的应用：为了更直接的表示一个反应是否为自发反 应，必须引进吉布斯自由能。 因此，我们仅用考虑系统内的能量变化，就可以讨论反应是否自发进行 因为ΔG = ΔH - TΔS ΔG 0， 反应是反方向的自发反应
0 tm op 00== 100 2/3MCoO,(g) MAIO.(M ■金属氧化物的标准 -50 -200 5AS.O /3in.O. 2H.O(g) 2FeO 自由能与温度的关系 -300 CO(g) 右图右上方的多数为直 -400 -100 CrO,Bao 四2A,Og 线关系，且这些直线越 -500 2K0 172Mo,0, 3CrO c 2 2CO(g) 2NbO -600 位于下部，其金属氧化 -150 ZNa.O 23B0 -700 物越稳定。 -800 -200 23Dy0: TM 其热力学稳定度按从大 -900 Ceo 23E00, [伏态变化 元素 氢化物 到小的方向排列为Ba0、 -1000 2/3L.O 2/3HO 解离点 -250 沸点 B 但 Ce02、Cr03、Fe0、Fe203y -1100 融点 ZA 10 升华点 变态点 T -1200 Co0、Bi203、Cu20。 40+600800+10001200+1400+160 1800 2000 2200 温度( 民o/o2 2/0 101g1911 1010 103,11 名，(atm) 10 10 10 电子到书大学
电子科技大学 敏感材料与传感器 课程组 制作 右图右上方的多数为直 线关系，且这些直线越 位于下部，其金属氧化 物越稳定。 其热力学稳定度按从大 到小的方向排列为BaO、 CeO2、Cr2O3、FeO、Fe2O3、 CoO、Bi2O3、Cu2O。 金属氧化物的标准 自由能与温度的关系