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气敏材料家族 未来发展新材料

时代在飞速发展,科技也不例外,诸多高科技新型材料在人们日常生活中出现,气敏材料便是其中之一。近几年气敏材料在传感器上的广泛应用使人们逐渐了解到气敏材料的发展前景。那么,你对气敏材料了解多少呢?

气敏材料是一种新型功能材料,一般为多孔材料。当它接触特定的气体物质时,这些材料的物理或化学性质会发生较为显著的变化。人们可以根据这些变化和这类敏感材料来检测特定的气体成分。

根据材料的不同气敏材料可以分为无机气敏材料、有机气敏材料和有机/无机复合气敏材料三大类。

1、无机气敏材料

人们最早发现的无机气敏材料是金属氧化物,研究最多也最深入。SnO2、ZnO是金属氧化物半导体气敏材料的代表,它们属于表面控制型半导体气敏材料,有吸附和催化双重效应。

2、有机气敏材料

有机气敏材料的主要代表为聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯以及它们的衍生物等导电聚合物。这类材料都属于共轭型导电聚合物,他们的共同特点是分子内具有线性共轭π电子体系,给自由电子提供了离域迁移条件。

3、有机/无机复合气敏材料

复合气敏材料的种类繁多复杂,常研究的有酞菁基系列、聚苯胺基系列、高分子/导电填充物复合材料系列等。

气敏元件的制备方法有烧结法、薄膜和厚膜工艺。其中,烧结法是最早使用的制备方法,操作简单,但不同批次的气敏元件重复性差。溅射方法是制备薄膜的常用方法,通过溅射气体轰击靶材料,然后在衬底上沉积制备薄膜。制作厚膜传感器的主要方法是丝网印刷。

不过,气敏材料在推广应用方面还存在着诸多困难,如制备方法和掺杂方式的不同对气敏材料的性质有极大的影响,但是并不能针对不同的材料选择合适的制备方法,常用的是化学共沉淀和溶胶―凝胶法来制造气敏材料;只可以检测还原性气体、氧化性气体和挥发性气体,对于其他气体,尤其是有毒气体,并没有合适的检测气敏材料等等。

目前,气敏材料研究已经朝着气敏材料纳米化、开发可视化气敏新材料以及仿生研究等新方向发展。

本文由石家庄藁城区兴安镇中学高级教师崔会欣进行科学性把关。