气敏陶瓷是一种电物理参数随外界气体种类和浓度而变化的功能陶瓷。1931年，在研究P型半导体Cu2O的电导时，发现Cu2O的电导率会随水蒸汽的吸附而变化。以后又发现ZnO、SnO2、NiO、Fe2O3、Cr2O3等许多半导性金属氧化物或其复合物陶瓷（包括厚膜、薄膜和烧结体）的电导率会随气体种类或浓度发生变化；而将其从某种气体中移回清洁空气时，其电导率又恢复到原值。由于现代社会对易燃、易爆、有害、有毒气体的检测、控制、报警提出了越来越高的要求，这些都促进了各种气敏陶瓷的发展。表5.11列出了一些已经实用的半导体气敏陶瓷材料。

气敏陶瓷通常根据其导电载流子的性质可分为N型和P型两大类。N型气敏陶瓷吸附还原性气体如CO、H2、乙醇和碳氢化合物气体时，电导率变大；而吸附O2时，电导率减小。P型气敏陶瓷则正好相反，吸附还原性气体时的电导率变小，吸附O2时电导率增大。主要的气敏陶瓷材料系统可分为两大类：金属氧化物气敏材料，如SnO2、ZnO、Fe2O3、V2O5、WO3、TiO2及复合氧化物（La1-xSrx）FeO3和（La1-xSrx）CoO3等。另外一类是固体电解质气敏材料，主要是ZrO2系。

表5.11　主要的气敏陶瓷材料

1.金属氧化物气敏材料

SnO2是研究较早又最为重要的一种气敏材料。SnO2属四方晶系；禁带宽度为3.7eV，是一种N型半导体。制备SnO2粉料的方法很多，为了改善材料的气敏特性，粉粒的粒径要求在0.5μm以下。采用陶瓷工艺可烧结SnO2气敏元件，也可制成厚膜SnO2气敏元件。图5.9是一定条件下的SnO2超微粒气敏元件的气体浓度—电阻特性示例，气敏元件的主要特性还有气体选择性；气敏响应和复原特性；灵敏度及长期稳定性等。

图5.9　气体浓度—电阻特性(www.daowen.com)

图5.10　SnO2和ZnO的灵敏度与温度的关系

SnO2气敏材料对气体的吸附机理可分为物理吸附和化学吸附两种。一般情况下，物理吸附和化学吸附同时存在。研究发现，在室温下SnO2能吸附大量气体，但其电导率在吸附前后改变不大，这说明在室温下物理吸附是主要形式，在100℃之后，电导率变化加快，到300℃左右达到峰值然后下降。以丙烷为检测气体，如SnO2和ZnO气敏陶瓷检测灵敏度与温度的关系如图5.10所示。这些现象表明，当温度高于100℃时，随着温度增加，化学吸附增加，温度高于300℃时，物理吸附和化学吸附减小，故电导率降低，灵敏度下降。由图中可以看出，ZnO气敏材料也有类似现象。对于同一种气敏材料，当检测不同的气体时，发现其灵敏度与温度的关系各不相同，峰值温度各异。人们利用这种现象，选用不同的工作温度，以提高对某种气体检测的灵敏度。

SnO2等气敏元件都在较高的温度下工作，这不仅要消耗额外的加热功率，而且还会引起火灾。为了降低气敏元件的工作温度，甚至在常温下工作，必须大大提高气敏材料在常温下的灵敏度，为此要使用各种催化剂。SnO2气敏材料常用的催化剂有Pd、Pt、ThO2、SiO2、CaO等。如在SnO2中添加2wt%的PdCl2就可大大提高它对还原性气体的灵敏度。

2.固体电解质气敏材料

固体电解质的电导率为10-1～10-3S·cm-1，离子运动活化能为0.1eV，且离子在固体中作快速运动。作为气敏材料主要是ZrO2系，用以检测氧气。这种ZrO2系氧传感器主要用于汽车发动机的空/燃比控制，按工作原理，可分为浓差电池型和电化学泵（极限电流）型，目前应用最多的是浓差电池型。这种氧传感器装在汽车排气管中，并与三元催化剂净化系统联合使用，通过检测废气中的氧分压，从而把空/燃比控制在理想配比附近，起到净化排气和节能的作用。

气体传感器的种类很多，用途很广，主要用于防灾报警，如液化石油气的报警；防治公害，如大气污染、燃烧控制、计量检测和空气调节等。