J. Kita 等人：用陶瓷基片的高溫氣體傳感器的熱導率和電阻率
【引言】
氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)轉化成對應電信號的轉換器,。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行調理，通常包括濾除雜質和干擾氣體,、干燥或制冷處理儀表顯示部分,。氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉換成可以被人員,、儀器儀表,、計算機等利用的信息的裝置。氣體傳感器是化學傳感器的一大門類,。從工作原理,、特性分析到測量技術，從所用材料到制造工藝,，從檢測對象到應用領域,。
【成果介紹】
J.Kita 等人認為在氣體傳感器和高溫流量傳感器領域，陶瓷厚膜結構起著關鍵的作用,，特別是在惡劣的環(huán)境中,。它們的基材必須是電絕緣的和具有化學惰性的。陶瓷基板,，尤其是氧化鋁基板,，通常被認為是理想的傳感器基板。然而,，它們的電阻率和它們的化學惰性都不夠理想,。甚至，熱導率也具有溫度依賴性,，在建模溫度曲線時必須考慮它,。在這方面，測量了用于氣體傳感器襯底的氧化鋁和LTCC陶瓷的兩種相關材料在室溫和800℃ 之間的電阻率和熱導率,。在這項研究中,，用激光閃光設備（LFA1000 Laser Flash,，Lin-seis，Selb,，德國）測定導熱率,。此外，暴露于NO2的未涂覆的叉指結構在300℃下時的電阻數(shù)據(jù)表明,，底物和NO2之間的反應可能發(fā)生。
【圖文導讀】
圖1：以熱板形式的陶瓷氣體傳感器基板的示例,。叉指電極可以被功能性氣敏薄膜覆蓋,。
圖2：96%和99.99%的氧化鋁基板的熱傳導率的溫度依賴性。（T）很近似地擬合了函數(shù)方程（1）,，根據(jù)以下參數(shù)：對于99.99% Al2O3,，B＝141.43 W/（m·K），Td＝147.44 K,，B0=9.43 W/（m·K）,，以及對于96% Al2O3，B＝50.97 W/（m·K）,，Td＝220.27 K和B0＝7.79 W/（m·K）,。這些函數(shù)被繪制成曲線。
圖3：兩種市售LTCC材料導熱系數(shù)的溫度依賴性詳見正文,。測量點,，畫出的直線是線性擬合的。
圖4：比較結構與陶瓷熱板的溫度分布,，如果該結構是以恒定的熱導率=29W/（m·K）（虛線）模擬的,，并且具有與溫度有關的行為，根據(jù)方程式（1）在B＝141.43W/（m·K）,，Td＝147.44 K和B0＝943W/（m·K）（實線）,。
圖5：比較了溫度梯度對結構的影響。（a）具有恒定的熱導率為29 W/(m·K)的模擬,；（b）具有溫度相關特性（參見圖4）,。
圖6：96%氧化鋁在不同溫度下的阻抗譜的例子。插補：用于擬合的等效電路由電阻和恒定相位元件（CPE）組成,，它們被布置為兩個并聯(lián)電路,。
圖7：電阻率為96%和99.99%的氧化鋁和LTCC基板的溫度函數(shù)。插圖顯示了示例設置,。
圖8：由未涂覆的99.6%氧化鋁在350℃下以響應環(huán)境中不同濃度的還原和氧化氣體的電阻值（點）阻抗數(shù)據(jù)計算,。實線顯示由紅外光譜確定的傳感器室的出口濃度。
文中的導熱率測定是使用LINSEIS設備LFA1000 Laser Flash所測,。林賽斯導熱儀LFA 1000具有高度模塊化設計,，提供的采集速率，18樣品同一環(huán)境測量，三種不同的可更換爐體（-125℃到2800℃）和兩種檢測器,，還有高真空設計（10-5mbar）.
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