傳感器敏感材料發(fā)展動態(tài)報告

1、專業(yè)科目學習報告報告題目：作者姓名：專業(yè)名稱：班 級：指導老師：提交日期： 年 月傳感器敏感材料發(fā)展動態(tài)報告第一章：傳感器概述及發(fā)展一、傳感器簡介：人體為從外界獲取信息，必須借助于感覺器官，但是單靠人們自身的感覺器官，在研 究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生活中他們的功能是遠遠不夠的。為適應這種情況，就需要傳感 器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為“電五官”，工程上也將其稱為“變 換器”。根據(jù)我國國標（GB766687）,傳感器的定義為：”能感受規(guī)定的被測量并按照一定 規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置?！逼鋵嵨覀円部衫斫鉃椋骸皞鞲衅魇且环N以一定 精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的、便于

2、應用的某種物理量的測量裝置?！边@一定義所表示的傳感器的主要內(nèi)涵如下：傳感器是測量裝置，能完成檢測任務。從其輸入端來看，一個指定的傳感器只能感受規(guī)定的被測量，及傳感器對對定的物理量具有最大的靈敏度和最好 的選擇型。從傳感器的輸出端來看，它的輸出量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等傳感器的輸出量是某種物理量。這種量便于傳輸、轉換、處理、顯示等等。這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量。從輸入和輸出關系看，它們之間具有對應關系，且具有一定的精確程度?？梢杂么_定的數(shù)學模型來描述，也就是具有確定規(guī)律的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。傳感器一般由敏感元件、變換元件、信號調(diào)理電路三部分組成，有時還需外

3、加輔助電源 提供轉換能量。其基本功能是檢測信號和信號轉換。傳感器的組成框圖如下：有些傳感器的不需要轉換元件（如壓電式加速度傳感器）而有的傳感器轉換元件不止一 個，要經(jīng)過若干次轉換。二、傳感器的分類：傳感器是知識密集、技術密集的行業(yè)，它與許多學科有關，種類十分繁多想要很好 地掌握它、應用它，需要一個科學的分類方法：1、按傳感器的工作機理，可分為物理型、化學型、生物型等。2、按信號變換特征可分為：結構型、物性型。結構型主要是通過傳感器結構參量的變化 實現(xiàn)信號變換的；物性型是利用敏感元件材料本身物理屬性的變化來實現(xiàn)信號變換。3、按能量關系分類：能量轉換型、能量控制型。能量轉換型是傳感器直接有被測對象

4、輸 入能量使其工作；能量控制型則是傳感器從外部獲得能量使其工作，由被測量的變化 控制外部供給能量的變化。4、按物理原理分類：電參量式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、氣電式傳感器、 光電式傳感器、熱電式傳感器、波式傳感器、射線式傳感器、半導體式傳感器及其它 原理的傳感器。有些傳感器的工作原理具有兩種以上的原理復合形式。5、按照傳感器的用途也可分為：位移傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、溫度傳感器等 等。6、除了以上分類還可根據(jù)輸出是模擬信號還是數(shù)字信號，可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器。還可根據(jù)轉換過程是否可逆，可分為雙向傳感器和單向傳感器等。各種傳感器由于原理、結構不同，使用環(huán)境、條件、目的不同

5、，其技術指標也不可能相 同。但有一些要求卻基本上是相同的：1、可靠性，2、靜態(tài)精度，3、動態(tài)性能，4、量 程，5抗干擾能力，6、通用性，7、輪廓尺度，8、成本，9、能耗，10、對被測對象的影 響等。三、傳感器的發(fā)展：傳感器產(chǎn)業(yè)是國內(nèi)外公認的具有發(fā)展前途的高技術產(chǎn)業(yè)， 它以技術含量高、經(jīng)濟效益好、 滲透能力強、市場前景廣等特點為世人矚目。其應用領域涉及機械制造、工業(yè)過程控制、 汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和專用設備等。世界上傳感器品種達到3萬余種，美、日、英、法、德和獨聯(lián)體等國都把傳感器技術列為國家重點開發(fā)的關鍵技 術之一。當今世界傳感、通信、計算機技術構成現(xiàn)代信息的三大基礎，80年

6、代是個人計算機，90年代是計算機網(wǎng)絡，預計21世紀第一個10年熱點很可能是傳感、執(zhí)行與 檢測。傳感器的作用主要是獲取信息、是信息技術的源頭。在信息時代里，隨著各種系 統(tǒng)的自動化程度和復雜性的增加。需要獲取的信息量越來越多，不僅對傳感器的精度、 可靠性和響應要求越來越高，還要求傳感器有標準輸出形式以便和系統(tǒng)聯(lián)接。顯然傳統(tǒng) 的傳感器因其功能差，體積大很難滿足要求。發(fā)展高性能的、以硅材料為主的各種先進 傳感器已成為必然。如諧振式、電容式、光電式和場效應化學傳感器等。盡管它們的敏 感機理不同，但其總的共同特點是向微型化、智能化方向發(fā)展。近年來，微電子、微機 械、新材料、新工藝的發(fā)展與計算機、通信技術的

7、結合創(chuàng)造出新一代的傳感器與檢測系 統(tǒng)。而傳感器的發(fā)展主要是微傳感器和智能化傳感器的發(fā)展。傳感器的發(fā)展動向主要包括以下幾點：1、提高微傳感器的性能。改善和提高微傳感器的性能是今后的主要努力方向之一。2、微傳感器的集成。硅微傳感器和微電子系統(tǒng)以及微執(zhí)行器很可能全部制造在一個芯片 上形成單片集成，構成一個閉環(huán)系統(tǒng)。3、陣列化。利用同類傳感器陣列，可使原本用單一傳感器測量的不可靠的功能裝置成為 可靠的功能裝置。不同類型的微傳感器組成陣列，可獲得一個功能優(yōu)良的控制單元，如 在發(fā)動機中，可把氣體壓力、溫度和濕度傳感器制成一個陣列單元，用以控制并得到理 想的空氣流和空氣/燃油比，以實現(xiàn)最佳的燃燒過程。4、分

8、布式單元和智能結構具有預期的、自我監(jiān)測功能的構件稱為智能結構（或材料）。如把MEMSt機械電子系統(tǒng)）；陣列單元（微傳感器，微執(zhí)行器+專業(yè)集成電路）嵌人飛機機冀中，便可連續(xù)地對機翼振動、應力和結構完好性等多種狀態(tài)實施監(jiān)測和處理第二章：傳感器敏感材料概況及發(fā)展：一、傳感器敏感材料介紹：傳感器在現(xiàn)代科學技術中的應用越來越廣泛，用來制造傳感器的敏感材料的研究與應用開發(fā)也越來越被人們所重視。傳感器敏感材料擔負著傳感的任務，其主要作用是感 知環(huán)境變化（包括壓力、應力、溫度、電磁場、PH值等）。常用敏感材料如形狀記憶材料、壓電材料、光纖材料、磁致伸縮材料、電致變色材料、電流變體、磁流變 體和液晶材料等。二、

9、傳感器敏感材料分類及運用：傳感器敏感材料種類很多，按材料分類可分為金屬功能材料、半導體材料、陶瓷功能 材料、高分子功能材料和復合功能材料等。1、|金屬功能材料：人們利用金屬功能材料具有傳導信息、儲存或記錄、轉化或變換能量的特性，設計制 造了多種傳感器。量大面廣的有磁性材料、彈性材料、熱電偶材料、熱敏電阻材料、應 變電阻合金、形狀記憶合金等。在傳感器技術中，近年來由磁體構成的傳感器發(fā)展很快。 在各種馬達旋轉編碼器、防盜保密傳感器、座標傳感器等方面，正在由光電式、微波電 磁式向磁體式轉移。以磁頭為代表的磁場傳感器 （磁強計）、電流傳感器等正在向非晶態(tài) 磁傳感方向發(fā)展。非晶態(tài)磁傳感器具有高靈敏度、高

10、穩(wěn)定性和可靠性以及微型輕量化特 點。磁阻薄膜（FeNi、NICo）制成的各種傳感器已廣泛應用于角度、位移、磁場等檢測。 金屬磁粉用于磁記錄及磁卡上的研究在我國也有新的發(fā)展。熱敏鐵氧體和熱敏磁性液體 制成磁性溫度傳感器已在家用電器、汽車、復印機等機電產(chǎn)品中廣泛應用.高磁能積的稀士永磁和NdFeB永磁及其粘結永磁的迅猛發(fā)展，為永磁材料傳感器的小型、集成化提供 了條件。化工、石油、冶金、原子能等工業(yè)的發(fā)展，對耐腐蝕的彈性敏感元件提出了苛 刻要求。非晶態(tài)合金、高純不銹鋼的問世以及表面鍍層、離子注人、離子鍍摻和激光處 理等表面技術在耐蝕合金中的應用，開辟了耐蝕彈性合金的新篇章。2、半導體材料半導體材料最

11、主要的特點是對溫度、光、電、磁、各種氣體及壓力等外界因素具有敏 感特性，是制造磁敏、熱敏、光敏、力敏、氣敏、離子敏等傳感器件的主要材料。近 20 年來，人們?yōu)榱说玫侥撤N敏感器件而制備出具有相應功能的新型半導體材料，如 DI V 族和n硯族等化合物半導體材料；利用超品格結構材料的制備技術研制出禁帶寬度可控 的新功能材料等。在精細加工技術方面，隨著分子束外延 （MBEb金屬有機物化學氣相淀 積（MOCV即化學束外延（CBE）等先進技術和設備不斷完善，促進了半導體超薄膜層微結 構材料的迅速發(fā)展，不僅推動了半導體材料科學和半導體物理學的進步，而且以全新的 設計思想，使微電子和光電子器件的設計從傳統(tǒng)的“

12、雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程” ，出 現(xiàn)了以“電子特性和光學特性的剪裁”為特點的新發(fā)展趨勢，是半導體科學的一次重大 突破。超薄層微結構材料主要是指異質(zhì)結構、超晶格量子阱等。3、敏感陶瓷材料敏感陶瓷的種類很多，應用亦廣泛。按其特性，一般包括熱敏陶瓷、壓敏陶瓷、濕敏 陶瓷、氣敏陶瓷和光敏陶瓷等。最近幾年，人們?yōu)楦纳铺沾蓚鞲衅鞯男阅埽钊搜芯恐?備敏感陶瓷的新工藝，探討不同添加劑對敏感陶瓷的影響。此外，陶瓷智能性結構材料， 既具有傳感功能，又有像介電元件那樣的執(zhí)行功能。還有用某些陶瓷制造出具有感知、 執(zhí)行（轉換）和初步的信息處理功能的電子器件。4、高分子功能材料：與比較成熟的金屬功能材料、半導體材料和

13、敏感陶瓷材料相比，高分子功能材料屬后起之秀.高分子功能材料能把大多數(shù)非電信號轉變成電信號 .用高分子功能材料制造的光 傳感器、紅外線傳感器、聲波傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、酶傳感 器等已實用化。由于高分子材料易加工成柔韌白薄膜，所以薄膜傳感器得到了很快發(fā)展.當前，高分子功能材料正在向著高性能、多功能和新功能的方向發(fā)展.導電高分子材料是近年來高分子功能材料的研究開發(fā)熱點，被廣泛應用于光電、熱電、壓電等器件及充電 電池、電致變色元件（ECD滸領域.5、復合功能材料材料復合技術發(fā)展較快。從雙層到多層的復合，它可以克服單層材料的某些弱點，發(fā)揮 單層材料的各自的長處。復合功能材料包括金屬

14、系復合功能材料、陶瓷系復合材料、高 分子系復合功能材料以及金屬與高分子、金屬與陶瓷、陶瓷與高分子材料間的復合。復 合功能材料的發(fā)展對各種敏感器的研究與開發(fā)有著深遠影響。除上述材料外，光纖、薄膜、微細粉、漿料等敏感材料，近幾年也發(fā)展較快。 三、傳感器敏感材料的發(fā)展趨勢：從我國當今的傳感器行業(yè)發(fā)展來看，我國敏感元器件與傳感器行業(yè)的企事業(yè)單位共有 1688家，其中：高等院校103家（占）,研究所334家（占）,工廠853家（占%）,公司 398家（占）。研制生產(chǎn)綜合實力較弓S的單位約占總數(shù)的10%且已涌現(xiàn)出十幾家排頭兵企業(yè)。目前，在研究開發(fā)方面，我國敏感元器件與傳感器的研制領域已基本與國外相當， 已

15、建立了一支具有較強實力的傳感器技術科技攻關骨干隊伍?？梢妭鞲衅髅舾性陌l(fā) 展相當之快。從近幾年前的形勢看敏感元件與傳感器發(fā)展的發(fā)展趨勢和特點：（1）敏感材料和傳感器的小型小、集成化、智能化是發(fā)展的主要趨勢。（2）微電子和微加工技術是實現(xiàn)小型化、 集成化、智能化的關鍵。（3）多學科交叉是促進本學科快速發(fā)展的重要前提。（4）對市場的關注是學科發(fā)展的重要外部因素。 四、研究領域和發(fā)展：根據(jù)我國當前國情和傳感器的市場需求及國外傳感器的發(fā)展趨勢，我國對傳感器的研究開發(fā)和生產(chǎn)重點為以下幾個方面：1.微電子機械系統(tǒng)（MEMS）重點開發(fā)微米級產(chǎn)品，實 現(xiàn)微機械與IC集成兼?zhèn)涞奈⑾到y(tǒng)，逐步建立 MEMSC程學

16、；在工業(yè)方面著重開發(fā)用于微 小衛(wèi)星、民用飛行器的微傳感器、車輛與安全監(jiān)測傳感器等；在醫(yī)學生產(chǎn)領域中，重點 開發(fā)微型智能探測儀、微型局部診治儀以及多種實時的微傳感器和微檢測儀等。2.工業(yè)過程控制傳感器：重點開發(fā)新型壓力、溫度、流量、距離等智能傳感器和工業(yè)化標準接 口和具有協(xié)議功能的傳感器；3.設施農(nóng)業(yè)用傳感器：重點開發(fā)設施農(nóng)業(yè)（又稱工廠化農(nóng)業(yè)） 用的溫度、濕度、土壤干燥度、土壤養(yǎng)分、光照度以及CO2等傳感器；4.環(huán)保傳感器：重點開發(fā)水質(zhì)檢測、大氣污染和工業(yè)排污測控傳感器；5.醫(yī)療衛(wèi)生與食品檢測傳感器：重點開發(fā)診治各種疾病的生物和化學傳感器、食品發(fā)酵和酶傳感器；6.汽車傳感器：重點開發(fā)電噴系統(tǒng)、空

17、調(diào)排污和自動駕駛傳感器。第三章：個人總結及看法：隨著科技的不斷發(fā)展，社會的生產(chǎn)方式和生活方式發(fā)生了很大的變化。在現(xiàn)代社會 中，信息的重要性越來越大。因此，作為捕獲、傳輸、處理和顯示信息的有力工具，電 子技術必將得到更快和更大的發(fā)展。從整體上說，體現(xiàn)電子技術水平的，是電子整機及 其系統(tǒng)的功能、質(zhì)量和成本。現(xiàn)代電子整機的功能正在迅速走向多樣化和精密化；其質(zhì) 量也有了很大的提高，這表現(xiàn)在可靠性高、功耗少、信噪比高、所顯示的聲、像清晰和 失真小。為了達到低成本，現(xiàn)代電子整機的生產(chǎn)已在低耗（材料和能源）下高速自動的 大規(guī)模化。傳感器敏感材料也是電子材料中重要的一部分，我們知道傳感器的敏感材料主要由 金屬

18、功能材料、半導體材料、敏感陶瓷材料、高分子功能材料、復合功能材料等制作?？梢娨氚l(fā)展傳感器敏感材料必須有以上那些新材料的發(fā)展為基礎，新材料是指那些新 近發(fā)展或正在發(fā)展的、具有優(yōu)異性能的材料。材料是工業(yè)的基礎，是技術進步的關鍵， 現(xiàn)代新興技術的興起是以新材料為支柱的，有的甚至以新材料的出現(xiàn)為先導。沒有新材 料，便沒有電子計算機技術，沒有當前迅速發(fā)展的光通信技術，沒有今天的太空技術。 因此，有些專家指出，現(xiàn)代化工業(yè)的骨頭是材料，血液是能源。日本則把能源、材料和 信息譽為現(xiàn)代文明的三大支柱。綜合世界各國新材料技術的發(fā)展情況，新材料大致可分 為信息材料、能源材料、高分子有機合成材料、復合材料和新型金屬材料。發(fā)展新材料是全球的趨勢。業(yè)內(nèi)人士建議我國要突出重點，強