电子信息材料结课论文-传感器材料.docx

学生姓名：宋子瑶 班级：经济1503学号：41507663日期：2019年1月8日电子信息材料结课论文传感器材料传感器材料摘要：材料、信息、能源这三大资源是现代文明的三大支柱。传感器材料是传感器技术的基础，新材料的开发及应用促进了新型传感器的发展。文章扼要介绍了传感器材料的定义和分类，简明阐述了传感器材料的在材料科学和生命科学等科学领域的广泛应用。Senor MaterialsAbstract：The sensor materials are the foundation of sensor technology. The development and application of new materials promoted the progress of the new sensors. This paper briefly introduces the definition and classification of sensor materials, and briefly expounds the wide application of sensor materials in the fields of material science and life science and so on.1. 传感器材料的定义传感器是测量系统中的一种前置部件，是将输入变量转换成可供测量的信号。它是传感器系统中的重要组成部分，也是传感器系统中负责信息采集的窗口。传感器技术的研究在近现代的信息处理技术和微机处理技术高速发展的条件下有了大幅度的提高。传感器在现代化工业领域中的作用越来越重要，是信息采集系统、自动化控制系统中必不可少的前端单元和关键部件。现代的计算机技术和通信技术由于超大规模集成电路的飞速发展，不仪对传感器的精度、可靠性、响应速度、获取的信息量要求越来越高，而且，要求其成本低廉、使用方便。传感器材料是传感器技术的重要基础，新材料的开发及应用促进了各种新型传感器的发展。2. 传感器材料的分类 传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料四大类。半导体传感器材料主要是硅，其次是锗、砷化镓、锑化铟、碲化铅、硫化镉等。主要用于制造力敏、热敏、光敏、磁敏、射线敏等传感器。陶瓷传感器材料主要有氧化铁、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化铝、钛酸钡等，用于制造气敏、湿敏、热敏、红外敏、离子敏等传感器。金属用作传感器的功能材料不如半导体和陶瓷材料广泛，主要用在机械传感器和电磁传感器中，用到的材料有铂、铜、铝、金、银、钴合金等。有机材料用于传感器还处在开发阶段，主要用于力敏、湿度、气体、离子、有机分子等传感器，所用材料有高分子电解质、吸湿树脂、高分子膜、有机半导体聚咪唑、酶膜等。光化学传感器是近年发展起来的一种新型微量和痕量分析技术，它是把特定的化学物质的种类和浓度变成电信号来表示的功能元件。主要是利用光敏感材料与被测物质中的分子、离子或生物物质相互接触时直接或间接地引起电极电势等电信号的变化，使得很少的化学物质加入体系后，会有放大了许多倍的信号被检出，借此可以获得某种化学物质的浓度。根据不同的应用课题，人们可以设计出各种各样的化学传感器。目前，化学传感器的研究受到了广泛的关注，由于其具有灵敏度非常高，选择性好，携带方便，易微型化，能用于现场分析和监控等特点，因此在矿山开发、石油化工、生物医学及日常生活中越来越多的被用来作为易燃，易爆，有毒，有害气体的检测预报和自动控制装置，或用来测定多种含量极低的物质，甚至可以测量细胞中的离子浓度。医学上采用化学传感器作病情诊断及治疗过程的自动控制。生产和生活各个领域对化学传感器的广泛要求，使得化学传感器的研究和开发一直十分活跃，并表现出非常广阔的应用前景。3. 传感器材料的应用3.1 导电复合材料及其在复合式柔性触觉传感器中的应用 新型导电复合材料是根据小同导电填料的导电橡胶导 电机理的分析，填加炭黑和石墨的导电橡胶所具有的压阻效应与电阻温度效应，由GEM模型获得填加炭黑的导电橡胶压阻计算模型，由层积模型获得填加石墨的导电橡胶电 阻温度计算模型，对其理论模型进行了验证，得出以炭黑和石墨作为主要导电填料的导电橡胶可用于复合式柔性触 觉传感器的压力与温度的检测。新型导电复合材料以硅橡胶作为基体材料，分别添加不同的碳系导电填料制备的导电复合材料导电橡胶。这种导电复合材料既保持柔韧性，又分别具有压阻效应与电阻温度效应。由 EMG模型与层级模型分析，结合导电复合材料的组分配比对压阻效应和电阻温度效应的影响关系，表明以炭黑作为导电填料的导电橡胶可获得较为显著的雎阻效应。以石墨作为导电填料的导电橡胶可获得较好的电阻温度效应，且压阻效应相对不明显。因此，通过综合考虑两种导电填料最佳的填充比例得到两种具有显著敏感特征的导电复合材料，可应用于制备复合式柔性触觉传感器。随着机器人技术发展，触觉传感器的研究引起了人们的更多关注。通过触觉可获知目标物体的形状、抓取目标物体时的夹持力、滑动及目标物体的表面温度等物理信息。复合式传感器有多个功能，即一个传感器可以检测两个或两个以上的参数。获取触觉测量信息必须使触觉传感器与物体接触，且接触面积越大，获取的信息量就越多。因此柔性触觉传感器也已成了近年来触觉传感技术发展的研究趋势。 3.2 纳米材料及其在电化学生物传感器中的应用随着纳米技术的飞速发展，纳米材料在医学成像、疾病 诊断、药物传输、基因治疗等多个领域显示了巨大的优势。对于生物传感领域而言，纳米材料在光学性能、电学性能、磁学性能、力学性能和化学活性等方面表现出的独特性能使 其成为很好的换能器元件；另一方面生物传感器中的分子运作本身就是基于纳米层次，纳米材料的参与可以将其优良的性能很好地整合到分子运作中，从而改进甚至革新分子运作的体系。鉴于以卜特点，纳米材料在生物传感器中的应用引起了越来越多科研工作者的兴趣。金属纳米材料良好的电子传递性能使其成为电化学牛物传感器中最为常用的纳米材料之一，其中尤以纳米金的应用最为广泛。纳米金制备简单、性状稳定、生物相容性良好，而且易于进行表面化学修饰，因此，利用纳米金与生物分子进行组装并介导电子传递，是构建电化学生物传感器的良好方案。纳米氧化物具备一些特殊的效应。纳米科技与电化学技术的结合和相互渗透，为基于蛋白质构建生物传感器提供了重人的创新机遇，各种具有优良性能的纳米材料在生物传感器构建中的应用，不仅大大提升了生物传感器的性能，还拓宽了生物传感器的适用范围，为其在临床检测、食品安全、环境监测、医疗卫生等领域的应用开辟了新的道路。文献认为，生物传感器被广泛应用于监控生命体系或与之相关联的生物基元的器件，它是由作为识别元件的固定化的生物敏感材料(包括 酶、抗体、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)，以及作为物理换能器的适当的信号转换器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等)所组成的体系。当待测物质与分子识别元件发牛特异性的结合后，所产生的复合物信 号(如光、热、电等)通过信号转换器转变成光、电等可输 出信号，从而达到对待测物质进行分析检测的目的。近年来基于蛋白质与纳米材料发展新型电化学牛物传感器方面的研究方兴未艾，纳米材料在电化学生物传感器中具有广阔的应用前景。 4. 结语 新型传感器材料的开发和应用使得现代传感器具有灵敏度高、选择性好、携带方便、易微型化且能用于现场分 析和监控等特点，因此在矿山开发、石油化工、生物医学 及日常牛活中越来越多的被用来作为易燃、易爆、有毒、有害气体的检测预报和自动控制装置，或用来测定多种含 量极低的物质，甚至可以测量细胞中的离子浓度。现代工 业及科学研究的生产和生活各个领域对传感器的广泛要求，使得传感器的研究和开发一直十分活跃，并表现出非常广阔的应用前景。纵观传感器材料及传感器技术的发展，特别是非均质材料的广泛应用，促进了梯度功能薄膜材料制造技术的发展及应用。我们认为，传感器的小型化、集成化、智能化是发展的主要趋势，微电子和微加工技术是实现传感器小型化、集成化、智能化的关键，多学科交叉是促进传感器技术快速发展的重要前提，对社会需求的关注是促进传感器