气敏元件

    气敏元件 : 气敏元件原来 是作为检测可燃性气体和毒气而用于煤矿等处 的测量仪器。最近,广泛用于家庭煤气泄漏时的 报警装置。此外,用于汽车排气的气敏元件,用 于控制引擎,节约燃料及防止污染。
关于家庭用煤气泄漏报警元件,根据其输 出功率直接用作电讯号输出,大体可分为半导 体式和接触燃烧式两类。其中半导体式是利用 在热源保持高温的半导体(通常为n型氧化物半 导体),若与可燃性气体接触,其电阻就发生变 化(降低),传出电讯号而报警。关于接触燃烧 式,是利用可燃性气在加热的铂丝上因催化作 用而燃烧,使温度上升,铂丝电阻发生变化(增 加)而报警。二者的特点是:半导体式在气体浓 度低时必须有较高的灵敏度;接触燃烧式的输 出功率与气体浓度必须成正比。无论哪种,作为 气敏元件应具有的主要性能为:①对被测气体 应有较高的灵敏度;②除被测气体外,对其他气 体不应有灵敏度;③长时间使用仍能维持稳定 的特性。开发气敏元件,上述条件应绝对保证。 最近气敏元件有了改进,现在市售的气敏元件 是在SnO₂中混入微量钯等贵重金属催化剂而 制得的。这种气敏元件对各种气体在较低温度 下(低于350℃)可显示出较高的感应特性,为 此,以SnO₂为核心的气敏元件大量出现,如下 表所示。

各种半导体气敏元件

传 感 元 件	检测气体成分
ZnO薄膜	氧化性、还原 性气体
氧化物薄膜(ZnO、SnO2、 CdO、Fe2O3、NiO等) SnO2 In2O3+Pt	氧化性、还原 性气体 可燃性气体 氢、烃类气体
氧化物(WO3、MoO3、Cr2O3 等)+催化剂(Pt、Ir、Rn、 Pd等)	还原性气体
SnO2+Pd SnO2+Sb2O3+Au WO3+Pt 复合氧化物(LaNiO3等) V2O5+Ag CoO	还原性气体 还原性气体 氢 乙醇等气体 二氧化氮 氧
ZnO+Pt	C3H8、C4H10等 气体
ZnO+Pd Mg·Fe3O4	氢、一氧化碳 还原性气体
γ-Fe2O3	C3H8、C4H10等 气体
SnO2+ThO2	一氧化碳

令人感兴趣的是ZnO系对气体的选择性, 若在ZnO中以Pt化合物为催化剂,可对烃类有 较高的灵敏度;若以Pd化合物为催化剂,则对一 氧化碳和氢有较高的灵敏度。ZnO(Pt)对丙烷 的灵敏度很高,而且可靠性亦好,故用于丙烷检 测很合适。为提高气敏元件的灵敏度,使用了 Pt、Pd等催化剂;与此相反,γ-Fe₂O₃未另加催 化剂,其灵敏度也很高,且使用寿命可达5万小 时以上。市售半导体气敏元件,大多作为气体泄 漏报警用,但在技术上还有待改进。这是因为都 是利用其表面现象,而在制造元件时,对使用过 程中各种因素对元件机理的影响很难考虑周 全,因而影响其使用。