敏感材料与传感器作业1-2答案

12. 描述陶瓷材料中热敏电阻的分类，并给出每种类型热敏电阻的代表性材料。

可分为NTC热敏电阻、PTC热敏电阻、CTR热敏电阻。

（1） NTC热敏电阻是电阻随温度的升高而减小的元件，代表性材料是

Fe、Ni、Co、Mn等过度金属氧化物，多数情况下是有尖晶石岩、岩盐型、黑锰矿石等晶型的化合物或其混合物组成的。

（2） PTC热敏电阻是电阻随着温度的升高而显著额增加。典型的代表材

料是钛酸钡（BaTiO3）系列的半导体。

（3） CTR是骤变热敏电阻，代表材料是VO2系材料。 13. 请画出压电陶瓷的制备工艺流程图。 配料 原料评价 混合 煅烧 研磨 极化 上电极 磨光、抛光 烧成 成形

14. 试比较物理吸附与化学吸附的差异。 物理吸附 化学吸附 选择性 没有 有 吸附力 范德华力 化合建 可逆性 容易脱附 不易脱附 吸附层 一层以上 一层以下 活化能 几乎没有 8~50kJ·mol-1 吸附热 8~20 kJ·mol-1 40~800 kJ·mol-1 吸附速率 快 慢

15. 试简述金属氧化物陶瓷材料敏感机理？并以此说明n或p型金属氧化物材料

中吸附氧化性气体和还原性气体后，其导电率分别发生怎样的变化？ 金属氧化物的敏感机理在不同敏感元件中的机理不同。 (1) 温敏元件主要是利用其载流子温度随温度变化。

(2) 气敏元件利用氧化物半导体的气体吸附引起的电荷移动；氧化物半导体

的化学量的变化；接触可燃性气体燃烧的反应热。

(3) 湿敏元件主要利用氧化物陶瓷半导体的性质以及吸湿所引起的电容率变

化。

N型材料吸附氧化性气体，其导电率减小，吸附还原性气体导电率增大；p型材料吸附氧化性气体导电率增大，而吸附还原性气体，导电率减小。

16. 陶瓷材料有哪四种极化机制？

（1）电子极化；（2）离子极化；（3）定向极化；（4）空间电荷极化。 17. 压电陶瓷与压电晶体的压电机理有何区别？

压电陶瓷需要经过极化之后才具有压电效应，而压电晶体本身就具有压电效应。

18. 基于热释电效应的红外敏感材料应该满足什么要求？

（1） 热释电系数较高。

（2） 充分吸收入射的红外线。

（3） 与表面电荷变化相应的电容小，可产生较大的电压。 19. 在32种晶体点群中，有多少种具有压电效应，又有多少种具有热释电效应？

20种晶系具有压电效应，10种晶系具有热释电效应。 20. 简述铁电体与压电体和热释电体关系。 铁电体 热释电体 压电体

21. 试例举3-4个半导体的重要特性。

半导体主要有热敏特性，光敏特性和掺杂特性，即：

（1） 温敏效应：温度升高使半导体的导电率增强，电阻率下降。 （2） 光敏效应：适当波长的光照可以改变半导体的导电能力。

（3） 掺杂效应：在纯净的半导体中掺入某些杂质，会使其导电能力明显

改变。

（4） 半导体材料构成的PN结，具有单向导电性。

（5） 霍尔效应：半导体的电阻随着电场、磁场的作用而发生改变。 22. 简述半导体电学性质与温度的依赖关系。

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（1） 半导体中的电子迁移率的温度依赖性（硅）在高温侧迁移率下降是

由于晶格振动产生的散射引起的，低温侧迁移率下降是杂质散射引起的。对于施主浓度高的样品迁移率整体变小，且很快移向低温区。

（2）n型半导体的传导电子密度的温度依赖关系高温侧，载流子密度以exp(Eg/2kT)的斜率成指数地剧增，而在低温侧，由施主杂质提供的传导电子随温度的增加而增加；中温区，不变。

（3）费米能级的温度依赖关系在低温下费米能级靠近施主能级，但在高温下移到带隙中央附近，且传导电子和价带空穴几乎以等密度激发。 23. 高分子材料的基本性质有哪些？

（1） 高聚物分子量大。

（2） 高聚物分子量具有多分散性。

（3） 高聚物分子的空间结构排列复杂。

（4） 一般高分子材料都有比重小，强度大，电绝缘性好，耐化学腐蚀等

特点。

24. 与无机敏感材料相比，有机敏感材料有哪些优点？

（1） 容易加工、容易做成均匀大面积材料；

（2） 设计、合成新结构分子的自由度大，从而带来了敏感材料的多样性； （3） 可实现在无机敏感材料中难以达到的识别功能。 25. 简述高分子材料的结构层次。

键结构 高聚物结构 远程结构——单个高分子链的形态和结构 聚集态结构——高聚物中分子链的排列和堆积结构 近程结构——结构单元的化学组成、键接方式、立体构型和空间排列、支化和交联、共聚物的序列结构

26. 阐述高分子材料的导电机制有机材料被光照射时所产生的各种物性变化的

机制。

高分子材料的导电机制;

(1) 由杂质等产生的离子传导；

(2) 由电子和空穴产生的能带传导和跃迁传导(有机半导体); (3) 由导电性填料形成导电通路;

有机材料被光照产生物性变化机制：

(1)分子激发，分子激发可产生电子发射、光电效应等； (2)生成电子性载流子，在光照下有光电导性和光伏效应。