三氧化二铝基气敏材料及气敏元件.pdf

摘要
申请专利号：	CN96117563.X	申请日：	1996.05.22
公开号：	CN1165797A	公开日：	1997.11.26
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	专利权的终止(未缴年费专利权终止)授权公告日：2001.10.10\|\|\|授权\|\|\|\|\|\|公开
IPC分类号：	C04B35/10	主分类号：	C04B35/10
申请人：	四川联合大学(四川大学);
发明人：	肖定全; 余萍; 朱建国
地址：	610064四川省成都市九眼桥
优先权：
专利代理机构：	四川大学专利事务所	代理人：	刘金蓉
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内容摘要

三氧化二铝基气敏材料及气敏元件，属于一种陶瓷气敏材料及元件。采用活性Al2O3为基体材料(分子比为45％-95％)，配以助熔剂B2O3(＜10％)，适当掺入SnO2，In2O3，Y2O3，Co2O3，Sb2O3，ZrO

权利要求书

1.一种陶瓷气敏材料及气敏元件，由陶瓷基材和添加剂配比组
成。其特征是基材为活性Al₂O₃(45％-95％)，添加剂有过渡金属
氧化物(＜50％)、其它金属氧化物(＜15％)及非金属氧化物(＜10％)，
选择至少两种，以及贵金属(＜2.5％)作催化剂组成。
2.如权利要求1的陶瓷气敏材料及气敏元件，其特征是添加有助
熔剂B₂O₃(0-10％)，添加剂SnO₂(5％-30％)，In₂O₃(20％-50％)，
Y₂O₃(5％-20％)，Co₂O₃(1％-4％)，Sb₂O₃(2％-4％)，ZnO(0.1％-
9.5％)，MoO₃(0.5％-5％)，ZrO₂(微量-5％)，K₂O(微量-1％)，
MgO(2％-15％)，SiO₂(2％-9％)，Nb₂O₅(微量-5％)，其中一种或几
种；催化剂PdCl₂(0.2％-5％)或Pt(0.1％-2％)组成。
3.如权利要求1～2的陶瓷气敏材料及气敏元件，其特征是由
Al₂O₃(55％-80％)，添加B₂O₃(2％-6％)，SnO₂(10.5％-
25％)，SiO₂(4％-9％)，Sb₂O₃(2.5％-4％)，PdCl₂(0.5％-2％)
组成。
4.如权利要求1～2的陶瓷气敏材料及气敏元件，其特征是由
Al₂O₃(50％-75％)，添加B₂O₃(1％-3％)，SnO₂(10％-25％)，
MgO(2％-12％)，SiO₂(2％-6％)，Co₂O₃(1％-4％)，MoO₃(2％-
5％)，PdCl₂(0.2％-1％)组成。
5.如权利要求1～2的陶瓷气敏材料及气敏元件，其特征是由
Al₂O₃(45％-70％)，添加In₂O₃(25％-50％)，ZnO(1％-4％)，
K₂O(微量-1％)，Pt(0.2％-2％)组成。
6.如权利要求1～2的陶瓷气敏材料及气敏元件，其特征是由
Al₂O₃(45％-70％)，添加Y₂O₃(5％-20％)，ZrO₂(0.1％-3％)，
In₂O₃(20％-45％)，Pt(0.1％-1％)组成。
7.如权利要求1～2的陶瓷气敏材料及气敏元件，其特征是由
Al₂O₃(50％-75％)，添加ZnO或SnO₂(5％-20％)，MgO(1％-
10％)，ZrO₂(2％-5％)，Co₂O₃(1％-4％)，Nb₂O₅(2％-5％)，PdCl₂
(0.2％-1％)组成。

说明书

三氧化二铝基气敏材料及气敏元件

本发明属于一种陶瓷气敏材料和气敏元件

陶瓷气敏元件目前应用最多的是SnO₂系(J77-005880专利)
和ZnO系(J54-032394专利)，SnO₂系采用SnO₂作基体材料，添
加SiO₂、PdCl₂为催化剂，ZnO系采用ZnO作基体材料，添加ZnSO₄
等。使用以上基体材料及制作的这类陶瓷气敏元件存在的缺陷是：

1.稳定性差。陶瓷气敏元件的电阻值受环境温度与湿度的影响很
大。长期使用时，元件在空气中或可燃性气体中的电阻值下降，从
而造成低于设置浓度下的误报。另外，元件短期内不能稳定，其电
阻需经一系列变化才能稳下来，这种变化一般需要几十分钟甚至几
天的时间。元件稳定性差在很大程度上造成了定量检测的困难。

2.气体分辨率差。这类元件对可燃性气体呈现一定的气体普适
性，很难达到单一气体选择性。

3.寿命短。元件长期工作后，造成敏感材料晶粒长大，固相之间
进行未完成的反应，元件中添加的催化剂性能改变等因素使元件性
能下降，从而使元件寿命缩短。元件长期放置后，催化剂会因吸水
或吸附其它气体而中毒，活性下降，基体材料也会因此而改变性能，
以至元件不能使用而报废。

本发明的目的就是为了克服已有技术的缺陷，提出了一种稳定
性好，具有优良的抗温、抗湿性能，对气体分辨率高，具有良好的
单一气体选择性，寿命长的陶瓷气敏材料及气敏元件。

本发明的目的可以通过以下措施来达到。用陶瓷基体材料和添
加剂按一定分子百分比配合组成陶瓷气敏材料及气敏元件。本发明
用活性Al₂O₃为基体材料(其分子百分比为45％-95％)，添加可提
高气体选择性，有助熔或催化作用的添加剂，如过渡金属氧化物
(2％-50％)，金属氧化物(1％-15％)，非金属氧化物(0-
10％)，选择至少两种与基体材料配合以及贵金属(1％-2.5％)作
催化剂并经过一定的微化及活化处理后实现本发明。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

1.突破了已有技术一般在陶瓷气敏材料和元件中Al₂O₃作添加剂
的局限而用其作为基体材料，并通过微化及活化处理增强其活性，
从而开发了Al₂O₃材料的新功能。

2.充分发挥了Al₂O₃材料的特点。用Al₂O₃基气敏材料及制备的
元件几乎不受环境温度、湿度的影响，且元件电阻值也具有很好的
稳定性。在稳定性周期测试中连续测量80天，电阻静态阻值波动低
于5％，小于已有技术的8％。

3.气体分辩率高。G＝R₁/R₂≥9(R₁、R₂为同一元件在两种不同气
体、相同浓度时的电阻值)。高于已有技术的G≥3。

4.通过对材料的微化处理，使材料在烧结过程中固相间反应完
全，避免了元件在长期使用过程中材料性能的改变，从而使元件有
较长的寿命。

以下对本发明作详细描述。

本发明的目的还可以通过以下措施实现。本发明的陶瓷气敏材
料及气敏元件的基体材料为Al₂O₃(45％-95％)，添加有助熔剂
B₂O₃(0-10％)，根据测试不同气体需要的气敏材料可分别添加过
渡金属氧化物SnO₂(5％-30％)，In₂O₃(20％-50％)，Y₂O₃
(5％-20％)，Co₂O₃(1％-4％)，Sb₂O₃(2％-4％)，ZnO(0.1％
-9.5％)，MoO₃(0.5％-5％)，ZrO₂(微量-5％)，碱金属氧化
物K₂O(微量-1％)，碱土金属氧化物MgO(2％-15％)，非金属
氧化物SiO₂(2％-9％)，其中一种或几种，添加贵金属PdCl₂(0.2％
-2.5％)或Pt粉(0.1％-2％)作为催化剂。加适量粘合剂，采用
涂敷—烧结工艺，可制成陶瓷气敏材料及其旁热式烧结型气敏元
件。
实施例一  Al₂O₃基氢气敏感材料及元件
配方：Al₂O₃(55％-80％)，B₂O₃(2％-6％)，SnO₂(10.5％-25％)，
SiO₂(4％-9％)，Sb₂O₃(2.5％-4％)，PdCl₂(0.5％-2％)。
性能：
空气中标定值    检测范围       灵敏度  响应时间    气辨率
0.1-1(V)       10-10000(ppm)    ≥3    ≤10(S)      ≥9
实施例二  Al₂O₃基己醇敏感材料及元件
配方：Al₂O₃(50％-75％)，B₂O₃(1％-3％)，SnO₂(10％-25％)，
MgO(2％-12％)，SiO₂(2％-6％)，Co₂O₃(1％-4％)，
MoO₃(2％-5％)，PdCl₂(0.2％-1％)。
性能：
空气中标定值    检测范围    灵敏度  响应时间    气辨率
0.1-0.6(V)     5-500(ppm)    ≥5     ≤10(S)     ≥9
实施例三  Al₂O₃基甲烷敏感材料及元件
配方：Al₂O₃(45％-70％)，In₂O₃(25％-50％)，ZnO(1％-4％)，
K₂O(微量-1％)，Pt(0.2％-2％)。
性能：
检测浓度：0.5％(vol)，灵敏度：6.5。
实施例四  Al₂O₃丁烷敏基感材料及元件
配方：Al₂O₃(45％-70％)，In₂O₃(20％-45％)，Y₂O₃(5％-20％)，
ZrO₂(0.1％-3％)，Pt(0.1％-1％)。
性能：
检测浓度：0.5％(vol)，灵敏度：10。
实施例五  Al₂O₃基一氧化碳敏感材料及元件
配方：Al₂O₃(50％-75％)，ZnO(5％-20％)，MgO(1％-10％)，
Co₂O₃(1％-4％)，PdCl₂(0.2％-1％)，ZrO₂(2％-5％)，
Nb₂O₅(2％-5％)。
性能：
检测浓度：0.5％(vol)，灵敏度：6.5。