傳感器敏感材料發(fā)展動態(tài)報(bào)告

1、專業(yè)科目學(xué)習(xí)報(bào)告報(bào)告題目：作者姓名：專業(yè)名稱：班 級：指導(dǎo)老師：提交日期： 年 月傳感器敏感材料發(fā)展動態(tài)報(bào)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為適應(yīng)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(biāo)（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(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置?！逼鋵?shí)我們也可理解為：“傳感器是一種以一定 精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于

2、應(yīng)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(wù)。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(xué)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(zhuǎn)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(guān)系看，它們之間具有對應(yīng)關(guān)系，且具有一定的精確程度?？梢杂么_定的數(shù)學(xué)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(zhuǎn)換能量。其基本功能是檢測信號和信號轉(zhuǎn)換。傳感器的組成框圖如下：有些傳感器的不需要轉(zhuǎn)換元件（如壓電式加速度傳感器）而有的傳感器轉(zhuǎn)換元件不止一 個，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。二、傳感器的分類：傳感器是知識密集、技術(shù)密集的行業(yè)，它與許多學(xué)科有關(guān)，種類十分繁多想要很好 地掌握它、應(yīng)用它，需要一個科學(xué)的分類方法：1、按傳感器的工作機(jī)理，可分為物理型、化學(xué)型、生物型等。2、按信號變換特征可分為：結(jié)構(gòu)型、物性型。結(jié)構(gòu)型主要是通過傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化 實(shí)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(shí)現(xiàn)信號變換。3、按能量關(guān)系分類：能量轉(zhuǎn)換型、能量控制型。能量轉(zhuǎn)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(dǎo)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(fù)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)不同，使用環(huán)境、條件、目的不同

5、，其技術(shù)指標(biāo)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(rèn)的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)， 它以技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、 滲透能力強(qiáng)、市場前景廣等特點(diǎn)為世人矚目。其應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)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(fèi)電子產(chǎn)品和專用設(shè)備等。世界上傳感器品種達(dá)到3萬余種，美、日、英、法、德和獨(dú)聯(lián)體等國都把傳感器技術(shù)列為國家重點(diǎn)開發(fā)的關(guān)鍵技 術(shù)之一。當(dāng)今世界傳感、通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成現(xiàn)代信息的三大基礎(chǔ)，80年

6、代是個人計(jì)算機(jī)，90年代是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計(jì)21世紀(jì)第一個10年熱點(diǎn)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(shù)的源頭。在信息時代里，隨著各種系 統(tǒng)的自動化程度和復(fù)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(yīng)要求越來越高，還要求傳感器有標(biāo)準(zhǔn)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(jìn) 傳感器已成為必然。如諧振式、電容式、光電式和場效應(yīng)化學(xué)傳感器等。盡管它們的敏 感機(jī)理不同，但其總的共同特點(diǎn)是向微型化、智能化方向發(fā)展。近年來，微電子、微機(jī) 械、新材料、新工藝的發(fā)展與計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的

7、結(jié)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(diǎn)：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(gòu)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(jī)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(shí)現(xiàn)最佳的燃燒過程。4、分

8、布式單元和智能結(jié)構(gòu)具有預(yù)期的、自我監(jiān)測功能的構(gòu)件稱為智能結(jié)構(gòu)（或材料）。如把MEMSt機(jī)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(jī)機(jī)冀中，便可連續(xù)地對機(jī)翼振動、應(yīng)力和結(jié)構(gòu)完好性等多種狀態(tài)實(shí)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(xué)技術(shù)中的應(yīng)用越來越廣泛，用來制造傳感器的敏感材料的研究與應(yīng)用開發(fā)也越來越被人們所重視。傳感器敏感材料擔(dān)負(fù)著傳感的任務(wù)，其主要作用是感 知環(huán)境變化（包括壓力、應(yīng)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(yùn)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(dǎo)體材料、陶瓷功能 材料、高分子功能材料和復(fù)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(dǎo)信息、儲存或記錄、轉(zhuǎn)化或變換能量的特性，設(shè)計(jì)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(yīng) 變電阻合金、形狀記憶合金等。在傳感器技術(shù)中，近年來由磁體構(gòu)成的傳感器發(fā)展很快。 在各種馬達(dá)旋轉(zhuǎn)編碼器、防盜保密傳感器、座標(biāo)傳感器等方面，正在由光電式、微波電 磁式向磁體式轉(zhuǎn)移。以磁頭為代表的磁場傳感器 （磁強(qiáng)計(jì)）、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(diǎn)。磁阻薄膜（FeNi、NICo）制成的各種傳感器已廣泛應(yīng)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(fù)印機(jī)等機(jī)電產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用.高磁能積的稀士永磁和NdFeB永磁及其粘結(jié)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?；?、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(shù)在耐蝕合金中的應(yīng)用，開辟了耐蝕彈性合金的新篇章。2、半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料最

11、主要的特點(diǎn)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(yīng)功能的新型半導(dǎo)體材料，如 DI V 族和n硯族等化合物半導(dǎo)體材料；利用超品格結(jié)構(gòu)材料的制備技術(shù)研制出禁帶寬度可控 的新功能材料等。在精細(xì)加工技術(shù)方面，隨著分子束外延 （MBEb金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀 積（MOCV即化學(xué)束外延（CBE）等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備不斷完善，促進(jìn)了半導(dǎo)體超薄膜層微結(jié) 構(gòu)材料的迅速發(fā)展，不僅推動了半導(dǎo)體材料科學(xué)和半導(dǎo)體物理學(xué)的進(jìn)步，而且以全新的 設(shè)計(jì)思想，使微電子和光電子器件的設(shè)計(jì)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(xué)特性的剪裁”為特點(diǎn)的新發(fā)展趨勢，是半導(dǎo)體科學(xué)的一次重大 突破。超薄層微結(jié)構(gòu)材料主要是指異質(zhì)結(jié)構(gòu)、超晶格量子阱等。3、敏感陶瓷材料敏感陶瓷的種類很多，應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(dǎo)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(zhuǎn)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(shí)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(dāng)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(dǎo)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(diǎn)，被廣泛應(yīng)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(lǐng)域.5、復(fù)合功能材料材料復(fù)合技術(shù)發(fā)展較快。從雙層到多層的復(fù)合，它可以克服單層材料的某些弱點(diǎn)，發(fā)揮 單層材料的各自的長處。復(fù)合功能材料包括金屬

14、系復(fù)合功能材料、陶瓷系復(fù)合材料、高 分子系復(fù)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(fù)合。復(fù) 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(yuǎn)影響。除上述材料外，光纖、薄膜、微細(xì)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(dāng)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(shí)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(lǐng)域已基本與國外相當(dāng)， 已

15、建立了一支具有較強(qiáng)實(shí)力的傳感器技術(shù)科技攻關(guān)骨干隊(duì)伍?？梢妭鞲衅髅舾性陌l(fā) 展相當(dāng)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(diǎn)：（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(shù)是實(shí)現(xiàn)小型化、 集成化、智能化的關(guān)鍵。（3）多學(xué)科交叉是促進(jìn)本學(xué)科快速發(fā)展的重要前提。（4）對市場的關(guān)注是學(xué)科發(fā)展的重要外部因素。 四、研究領(lǐng)域和發(fā)展：根據(jù)我國當(dāng)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(diǎn)為以下幾個方面：1.微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）重點(diǎn)開發(fā)微米級產(chǎn)品，實(shí) 現(xiàn)微機(jī)械與IC集成兼?zhèn)涞奈⑾到y(tǒng)，逐步建立 MEMSC程學(xué)

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(xué)生產(chǎn)領(lǐng)域中，重點(diǎn) 開發(fā)微型智能探測儀、微型局部診治儀以及多種實(shí)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)接 口和具有協(xié)議功能的傳感器；3.設(shè)施農(nóng)業(yè)用傳感器：重點(diǎn)開發(fā)設(shè)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(diǎn)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(diǎn)開發(fā)診治各種疾病的生物和化學(xué)傳感器、食品發(fā)酵和酶傳感器；6.汽車傳感器：重點(diǎn)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(jié)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(shù)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(shù)水平的，是電子整機(jī)及 其系統(tǒng)的功能、質(zhì)量和成本?，F(xiàn)代電子整機(jī)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(dá)到低成本，現(xiàn)代電子整機(jī)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(dǎo)體材料、敏感陶瓷材料、高分子功能材料、復(fù)合功能材料等制作。可見要想發(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(chǔ)，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(chǔ)，是技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵， 現(xiàn)代新興技術(shù)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(dǎo)。沒有新材 料，便沒有電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，沒有當(dāng)前迅速發(fā)展的光通信技術(shù)，沒有今天的太空技術(shù)。 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(yù)為現(xiàn)代文明的三大支柱。綜合世界各國新材料技術(shù)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(jī)合成材料、復(fù)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(diǎn)，強(qiáng)