《信息传感材料材物》PPT课件.pptx

信息传感材料,传感器分类（按输入性质分）,力学量传感器：如压力、力、加速度、角速度、流量、位移等； 热学量传感器：如温度； 光学量传感器：如光导、光敏、红外、辐射计、光度计、色度、光电开关、图像传感器等； 磁学量传感器：如磁强计、转速计等 化学量传感器：如湿度、气体、离子敏 生物量传感器：如葡萄糖、酶 传感器的重要性表现在：有了传感器，输入信息才可以被检测，从而可以通过输出信号对过程进行准确、高效地控制,半导体材料,半导体材料是信息传感材料中最重要的一类 材料传感原理和材料类别： 原理：基于材料的多种物理性质 类别： 力学量传感器：Si基材料、纳米Si材料、 SiC材料和金刚石薄膜材料。研究重点：发现高压阻特性材料，以及能作为高温压力传感器材料。 热学量传感器：金属氧化物功能陶瓷，半导体单晶Si和单晶Ge 磁学量传感器：金属、半导体InSb、GaAs、InAs材料，单晶Si和多晶InSb材料。 辐射量传感器：III-V族和II-VI族化合物半导体及多元化合物，也有Si、Ge材料 化学量和生物量传感器：在Si材料或器件上沉积其他可以探测化学性质的材料 半导体信息传感器传感材料有体单晶、外延材料、多晶薄膜等几种,Si材料,单晶Si材料 测量压力的微机械压力传感器 测量加速度的微机械加速度传感器 测量热学量的传感器 测量磁学量的传感器 测量辐射量的传感器,Si的微机械技术： 体微机械技术 表面微机械技术 Si基金属微机械技术,多晶Si材料,多晶Si用作压力传感器，是在SiO/Si衬底上沉积低应力掺杂多晶p+-Si，经正面光刻和背面各向异性腐蚀制成压力传感器 多晶Si梳状结构加速度传感器是近年的新产品 多晶Si薄膜微桥流量传感器，是将悬空的多晶Si薄膜微桥作为加热元件，离衬底有一定间隙，起到减少热损失的作用，因此功耗低（10mW量级）、相应快（1ms） 多晶Si电阻辐射计工作于8um-14um红外波段 纳米Si薄膜曾用PECVD方法制备,Si基材料,将沉积在SiO2/Si衬底上的SnO薄膜光刻成电阻条，在一定高温下，暴露在H2、CO、CH4等气氛中，其阻值会随之发生变化，由此就可以构成可测这些气体的气敏传感器,III-V族和II-VI族化合物半导体材料,可利用GaAs二极管正向起始电压Vf与温度良好的线性特性制作温度传感器 单晶GaAs还可作为测磁场器件 薄膜InSb可作为测角度器件 PbS、CdS、CdSe、ZnS可做光敏电阻,SiC薄膜是一种高工作温度传感器，可用作压力传感器，热敏电阻和气敏器件 金刚石具有高禁带宽度、高电击穿强度、高热导率、高杨氏模量以及高化学稳定性，因此适于高温和恶劣环境作业。 金刚石薄膜生长必须先经过核化处理 金刚石薄膜研究的主要工作： 研究MPCVD金刚石薄膜用作高温压力传感器的压阻特性 研究在Si腔体中选择沉积金刚石薄膜 研究金刚石薄膜热敏电阻的温敏特性 研究在H2气氛下Pd/I-diamond/p*-diamondMIS势垒二极管的C-V和C-V-F（频率）特性。,陶瓷传感器材料,陶瓷传感器材料特性和制备,传感器陶瓷是一类具有敏感特性的单相或复合相多晶烧结的无机 非金属材料 陶瓷所具备的晶界特征、多孔特征和组成偏折特征都是其特有的品质。 陶瓷温敏材料： PTC陶瓷 NTC陶瓷 CTR陶瓷,陶瓷湿敏材料： MgCr2O4-TiO2系湿敏陶瓷 ZnO-Cr2O3-LiZnVO4系湿敏陶瓷 其他 湿敏陶瓷 陶瓷气敏材料 SnO2气敏材料 ZnO气敏材料 Fe2O3气敏材料 ZrO2气敏材料,高分子传感材料,高分子热敏、力敏、电磁敏材料-液晶 基本原理： 热敏原理 力敏原理 电磁敏原理 传感器应用 人体液晶温度传感器 电路液晶温度传感器 微波电场液晶传感器 集成电路故障液晶传感器,高分子湿敏材料 高分子气敏材料 生物活性材料 生物酶 基本原理：以酶催化反应为基础 制备工艺：酶的固定、微电子平面工艺和微机械加工技术 其他传感器：酶热敏传感器、酶光纤传感器 传感器应用：临床分析、工业在线检测、环境检测 动植物组织 基本原理：组织传感器是以动植物组织薄片作为生物敏感膜，然后与适当的换能器结合而成的。 传感器应用：临床分析 动植物组织传感器与生物酶传感器比较： 组织中酶的活性比分离提纯酶的活性和稳定性高，因此传感器的灵敏度高、寿命长 动植物组织容易获得，组织传感器制备简单、成本低、易推广 组织中含有多种生物酶，可进行多种物质的测定 由于组织切片厚度一般为0.3mm-0.5mm，因而响应时间较长,微生物 基本原理：固定化微生物与适当的换能器相结合就构成了微生物传感器 响应机理： 微生物同化底物时，氧的消耗量增加，产生各种电活性物质 微生物在光照作用下与待测底物作用产生电活性物质或释放氧气，通过适当的换能器检测。 结构和特性 微生物的菌株比分离提纯的酶成本低得多，便于推广 微生物细胞内的酶在适当的环境下活性不易降低，传播寿命更长 即使微生物体内的酶的的催化活性已经丧失，也可以因细胞的增殖而使之再生 对于需要辅助因子的复杂连续反应，用微生物更易于完成 缺点是培养需要条件，时间长，制备不易 应用：用于发酵过程中葡萄糖、总糖、甲烷、谷氨酸、头孢菌素等的检测和环境水样BOD的检测，,抗原和抗体 基本原理：免疫传感器是利用抗体对相应抗原的识别功能和结合功能，将抗体或抗原和适当的换能器结合而成的检测器件。 主要应用： 测定甲胎蛋白（AFP） 测定绒毛促性激素（HCG） 测定胰岛素 测定白喉抗毒素 测定乙型肝炎,基因 基本原理：将一条已知序列或来源的单链核酸（ssDNA，常被称为探针）固定在电极、波导或压电晶体表面制成传感器 杂交信号检测实现方式： 将目的片段加以标记 在杂交反应完成后加入一种被称为杂交指示剂的有机分子。 结构材料和性质： 将核酸探针以共价、亲和或吸附方式固定在电极表面、光纤表面、共振镜面或压电晶体的表面等制成 探针可采用人工合成的寡核苷酸片段