山東埃爾派 | 點擊量:0次 | 2020-12-11
陶瓷的“五感”
陶瓷的聽覺
陶瓷的聽覺主要體現(xiàn)在對聲敏陶瓷的開發(fā)應(yīng)用上,當(dāng)聲波傳播到陶瓷表面時,陶瓷表面會帶電,利用這種特性可以制成聲敏傳感器,這和壓電陶瓷有異曲同工之妙的。
次聲波的傳播距離比較遠,在遙遠的海面上發(fā)生了風(fēng)暴,強風(fēng)擦過海面就會產(chǎn)生次聲波,次聲波和風(fēng)暴怒吼的聲波一起向四面八方傳播,次聲波要比風(fēng)浪的速度快好多倍,而且次聲波可以傳播到很遠的地方,可以用特殊的聲敏陶瓷接受這些次聲波并將其當(dāng)成風(fēng)暴來臨的警報。
此類陶瓷材料主要有BaTiO3、PZT等。
陶瓷的嗅覺
生活中有很多氣體會對人類造成威脅,比如一氧化碳等易燃易爆氣體,尤其是在煤礦的礦井中有一種危害礦工生命的氣體——瓦斯,它不僅會令人窒息,而且一旦爆炸,后果不堪設(shè)想。那么有沒有什么材料能夠?qū)@些氣體的威脅進行檢測預(yù)報呢,氣敏陶瓷就可以解決這個問題。
氣敏陶瓷,也稱氣敏半導(dǎo)體是用于吸收某種氣體后電阻率發(fā)生變化的一種功能陶瓷。它是用二氧化錫等材料經(jīng)壓制燒結(jié)而成的,對許多氣體反映十分靈敏,可應(yīng)用于氣敏檢漏儀等裝置進行自動報警。
氣敏陶瓷是通過與氣體接觸時電阻的變化來檢測低濃度氣體的。半導(dǎo)體表面吸附氣體分子時,其電導(dǎo)率將隨半導(dǎo)體類型和氣體分子種類的不同而變化。氣體吸附一般分物理吸附和化學(xué)吸附兩大類。前者吸附熱低,可以是多分子層吸附,無選擇性。后者吸附熱高,只能是單分子吸附,有選擇性。在一般情況下,物理吸附和化學(xué)吸附同時存在。在常溫下物理吸附是吸附的主要形式,隨著溫度的升高,化學(xué)吸附增加,至某一溫度達到最大值。超過最大值后,氣體解吸的幾率增加,物理吸附和化學(xué)吸附同時減少。
氣敏陶瓷一般可以分為表面效應(yīng)和體效應(yīng)兩種類型。按制造方法和結(jié)構(gòu)形式,可分為燒結(jié)型、薄膜型及厚膜型。但通常氣敏陶瓷是按照使用材料的成分劃分為SnO2、ZnO、Fe2O3等系列。
陶瓷的味覺
一些特殊的陶瓷還能嘗出酒和水的“味道”。
用電阻隨酒精蒸汽濃度而變的陶瓷可制造酒敏傳感器,將這種傳感器裝在汽車發(fā)動機控制電路上,如果駕駛員喝了酒,汽車就不能發(fā)動,這可以防止酒后開車。
用電阻隨空氣濕度而變的陶瓷制造的濕敏傳感器,可以測量和控制大氣濕度。裝有這種傳感器的空調(diào),不僅冬暖夏涼,而且始終保持著人類最舒適的濕度,你既不會有黃梅天的濕悶,也不會有寒冬的干燥感。裝有濕敏傳感器的微波爐,可使菜肴烹任完全自動化。另外家中的干衣機能使衣服既能干透,又不烤焦,全靠濕度傳感器在控制。
陶瓷的視覺
這主要體現(xiàn)在透明陶瓷的應(yīng)用上。
一方面,可以憑借透明陶瓷的透光性,以及極高的強度,可用作裝甲車防彈材料,既可以做到防御,又可以隨時觀察戰(zhàn)爭動向。
另一方面,紅外夜視儀等新一代光電設(shè)備有時是在十分嚴峻的條件下運作的,如:高溫高壓、強烈的摩擦以及雨水的強烈沖刷和浸蝕。為了保證系統(tǒng)能夠正常運轉(zhuǎn)以及能夠準確無誤地接受來自各個方位的有效信息。必須在外部使用紅外窗口材料,透明陶瓷以其自身優(yōu)異的綜合性能在該領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
陶瓷的觸覺
說到陶瓷的觸覺,就不得不說壓電陶瓷了。壓電陶瓷是指把氧化物混合(氧化鋯、氧化鉛、氧化鈦等)高溫?zé)Y(jié)、固相反應(yīng)后而成的多晶體,并通過直流高壓極化處理使其具有壓電效應(yīng)的鐵電陶瓷的統(tǒng)稱,是一種能將機械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料。由于具有較好的力學(xué)性能和穩(wěn)定的壓電性能,壓電陶瓷作為一種重要的力、熱、電、光敏感功能材料,已經(jīng)在傳感器、超聲換能器、微位移器和其它電子元器件等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛二元系及在二元系中添加第三種ABO3(A表示二價金屬離子,B表示四價金屬離子或幾種離子總和為正四價)型化合物,如果在三元系統(tǒng)上再加入第四種或更多的化合物,可組成四元系或多元系壓電陶瓷。
壓電陶瓷具有敏感的特性,可以將極其微弱的機械振動轉(zhuǎn)換成電信號,可用于聲納系統(tǒng)、氣象探測、遙測環(huán)境保護、家用電器等。壓電陶瓷對外力的敏感使它甚至可以感應(yīng)到十幾米外飛蟲拍打翅膀?qū)諝獾臄_動,用它來制作壓電地震儀,能精確地測出地震強度,指示出地震的方位和距離。
參考來源:
[1]程仁志.壓電陶瓷的應(yīng)用進展與發(fā)展趨勢
[2]上海硅酸鹽研究所
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