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J. Kita 等人:用陶瓷基片的高温气体传感器的热导率和电阻率

点击次数:1948  发布时间:2018-05-14

J. Kita 等人:用陶瓷基片的高温气体传感器的热导率和电阻率

【引言】

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理,通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置。气体传感器是化学传感器的一大门类。从工作原理、特性分析到测量技术,从所用材料到制造工艺,从检测对象到应用领域。

【成果介绍】

J.Kita 等人认为在气体传感器和高温流量传感器领域,陶瓷厚膜结构起着关键的作用,特别是在恶劣的环境中。它们的基材必须是电绝缘的和具有化学惰性的。陶瓷基板,尤其是氧化铝基板,通常被认为是理想的传感器基板。然而,它们的电阻率和它们的化学惰性都不够理想。甚至,热导率也具有温度依赖性,在建模温度曲线时必须考虑它。在这方面,测量了用于气体传感器衬底的氧化铝和LTCC陶瓷的两种相关材料在室温和800℃ 之间的电阻率和热导率。在这项研究中,用激光闪光设备(LFA1000 Laser FlashLin-seisSelb,德国)测定导热率。此外,暴露于NO2的未涂覆的叉指结构在300℃下时的电阻数据表明,底物和NO2之间的反应可能发生。

【图文导读】

1:以热板形式的陶瓷气体传感器基板的示例。叉指电极可以被功能性气敏薄膜覆盖。

296%99.99%的氧化铝基板的热传导率的温度依赖性。(T)很近似地拟合了函数方程(1),根据以下参数:对于99.99% Al2O3B141.43 W/m·K),Td147.44 KB0=9.43 W/m·K),以及对于96% Al2O3B50.97 W/m·K),Td220.27 KB07.79 W/m·K)。这些函数被绘制成曲线。

3:两种市售LTCC材料导热系数的温度依赖性详见正文。测量点,画出的直线是线性拟合的。

4:比较结构与陶瓷热板的温度分布,如果该结构是以恒定的热导率=29W/m·K)(虚线)模拟的,并且具有与温度有关的行为,根据方程式(1)在B141.43W/m·K),Td147.44 KB0943W/m·K)(实线)。

5:比较了温度梯度对结构的影响。(a)具有恒定的热导率为29 W/(m·K)的模拟;(b)具有温度相关特性(参见图4)。

696%氧化铝在不同温度下的阻抗谱的例子。插补:用于拟合的等效电路由电阻和恒定相位元件(CPE)组成,它们被布置为两个并联电路。

7:电阻率为96%99.99%的氧化铝和LTCC基板的温度函数。插图显示了示例设置。

8:由未涂覆的99.6%氧化铝在350℃下以响应环境中不同浓度的还原和氧化气体的电阻值(点)阻抗数据计算。实线显示由红外光谱确定的传感器室的出口浓度。

文中的导热率测定是使用LINSEIS设备LFA1000 Laser Flash所测。林赛斯导热仪LFA 1000具有高度模块化设计,提供的采集速率,18样品同一环境测量,三种不同的可更换炉体(-125℃到2800℃)和两种检测器,还有高真空设计(10-5mbar.

LINSEIS对导热仪系列分析仪器提供模块化设计,可以升级温度范围(更换炉体/测量系统)和检测器(InSb/MCT)。让用户可以先采用经济的解决方案然后在预算允许或测量目标需要时升级系统。为用户节省更多的更换仪器费用且享受更的服务。如果您对LINSEIS导热仪系列感兴趣,来询

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