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上篇 敏感材料3

第1章 绪论3

1.1 敏感材料的定义3

1.2 敏感材料的类别3

1.3 敏感材料的基本特性3

思考题4

第2章 金属敏感材料5

2.1 金属材料概述5

2.2 磁敏金属材料5

2.2.1 各向异性磁阻效应型元件的基本结构6

2.2.2 各向异性磁阻效应材料8

2.3 温敏金属材料9

2.3.1 物理量变换方式9

2.3.2 双金属9

2.3.3 金属薄膜温敏元件10

2.4 形变金属材料11

2.4.1 形变规11

2.4.2 磁形变敏感元件12

2.4.3 形状记忆材料12

2.5 超导敏感材料15

2.5.1 超导敏感材料15

2.5.2 敏感元件用超导材料17

思考题18

第3章 半导体材料19

3.1 半导体材料分类19

3.1.1 元素半导体20

3.1.2 化合物半导体20

3.2 半导体基础物性21

3.2.1 半导体内的电子特性21

3.2.2 半导体的电导、载流子密度、迁移率机制22

3.2.3 电学性质的温度依赖关系24

3.2.4 影响半导体物性的外场效应26

3.3 半导体压阻效应27

3.4 半导体光电效应27

3.5 半导体磁阻效应27

思考题28

第4章 无机陶瓷敏感材料29

4.1 无机陶瓷材料概述29

4.2 无机陶瓷材料的物理、化学性质30

4.2.1 陶瓷材料的离子导电性36

4.2.2 金属氧化物材料的半导体性质38

4.3 化学敏感元件用陶瓷材料40

4.3.1 多孔陶瓷与物理吸附、毛细管凝结41

4.3.2 氧化物表面物性与化学吸附、化学反应44

4.4 物理敏感元件用陶瓷材料46

4.4.1 陶瓷材料的温度特性及温敏元件材料47

4.4.2 压电材料50

4.4.3 压电材料参数51

4.4.4 热释电材料56

思考题59

第5章 有机高分子敏感材料60

5.1 有机高分子材料基础60

5.1.1 高分子材料的特点与分类61

5.1.2 高分子材料的结构及理化性能62

5.2 有机高分子材料的种类与特性68

5.2.1 有机高分子材料的种类68

5.2.2 有机高分子材料的信息转换功能69

5.2.3 导电性高分子材料70

5.2.4 光电导性高分子材料72

5.2.5 压电性、热释电性高分子材料73

5.2.6 感光性高分子材料75

5.3 有机高分子材料薄膜技术77

5.3.1 LB膜技术77

5.3.2 自组装膜技术83

思考题85

第6章 复合敏感材料86

6.1 复合敏感材料定义86

6.2 无机-无机复合敏感材料86

6.2.1 制备方法86

6.2.2 金属-金属氧化物复合材料89

6.2.3 金属氧化物-金属氧化物复合材料92

6.3 有机-无机复合敏感材料94

6.3.1 概述95

6.3.2 复合工艺95

6.3.3 聚合物-金属复合纳米材料97

6.3.4 聚合物-非金属复合纳米材料99

6.4 有机-有机复合敏感材料101

6.4.1 PPy复合敏感材料101

6.4.2 PANI复合敏感材料102

参考文献104

第7章 新型敏感材料106

7.1 碳系敏感材料106

7.1.1 碳纳米管106

7.1.2 石墨烯110

7.2 纳米敏感材料116

7.2.1 纳米敏感材料概述116

7.2.2 无机纳米敏感材料117

7.2.3 有机纳米敏感材料118

7.3 超材料121

7.3.1 超材料概述121

7.3.2 超材料在传感领域的应用122

7.4 智能材料124

7.4.1 智能材料定义124

7.4.2 智能材料特征125

7.4.3 智能材料系统构成与基础材料125

思考题126

参考文献126

下篇 敏感元件与传感器131

第8章 传感器概述131

8.1 传感器基本概念131

8.1.1 传感器的地位和作用131

8.1.2 基本概念131

8.1.3 传感器的构成134

8.1.4 传感器的分类135

8.2 传感器基本特性136

8.2.1 传感器静态特性136

8.2.2 传感器动态特性141

8.2.3 传感器的可靠性150

8.3 传感器技术发展动向154

8.4 传感器研究方法156

思考题156

第9章 力学量传感器157

9.1 概述157

9.1.1 定义157

9.1.2 力学量传感器分类157

9.2 压电式力传感器158

9.2.1 工作原理158

9.2.2 压电式压力传感器159

9.2.3 压电式加速度传感器162

9.3 压阻式力传感器165

9.3.1 基本工作原理166

9.3.2 压阻式压力传感器167

9.3.3 压阻式加速度传感器173

9.4 其他力学量传感器174

9.4.1 谐振式压力传感器174

9.4.2 电感式压力传感器175

9.4.3 光纤力学量传感器176

9.5 力学量传感器应用178

9.5.1 力学量传感器在消费电子中的应用178

9.5.2 力学量传感器在汽车上的应用178

9.5.3 力学量传感器在医疗领域的应用180

思考题181

第10章 光电式传感器182

10.1 光电管182

10.2 光电倍增管183

10.3 光敏电阻184

10.3.1 光敏电阻的工作原理184

10.3.2 光敏电阻的结构184

10.3.3 光敏电阻的主要参数185

10.3.4 光敏电阻的基本特性185

10.4 光敏二极管和光敏晶体管187

10.4.1 工作原理187

10.4.2 基本特性188

10.5 光电池190

10.5.1 工作原理190

10.5.2 基本特性191

10.6 新型光电式传感器192

10.6.1 太赫兹微测辐射热计192

10.6.2 黑硅近红外光电传感器196

10.7 光电式传感器的应用199

10.7.1 模拟式光电传感器的应用199

10.7.2 脉冲式光电传感器的应用201

思考题201

第11章 红外传感器202

11.1 红外辐射基本知识202

11.1.1 红外辐射202

11.1.2 红外辐射源204

11.2 红外探测器205

11.2.1 热探测器205

11.2.2 光子探测器208

11.2.3 红外探测器的性能参数209

11.2.4 红外探测器使用中应注意的问题211

11.3 非制冷红外焦平面探测器212

11.3.1 微测辐射热计模型与机理212

11.3.2 微测辐射热计热学参数214

11.3.3 非制冷红外焦平面探测器读出电路217

11.3.4 非制冷红外焦平面探测器封装219

11.3.5 非制冷红外热成像仪222

11.4 红外技术应用222

11.4.1 红外测温222

11.4.2 红外成像224

11.4.3 红外分析仪226

11.4.4 红外无损检测227

11.4.5 红外传感器在军事上的应用228

思考题229

第12章 光纤传感器230

12.1 引言230

12.1.1 光纤传感器技术的特点230

12.1.2 光纤传感器的组成与分类230

12.2 光纤及光的传输231

12.2.1 光纤的传光原理231

12.2.2 光在光纤内的传输232

12.2.3 光在特殊光纤内的传输233

12.3 光纤传感器的光源234

12.4 光纤传感器中的光探测器237

12.5 光调制技术237

12.5.1 相位调制238

12.5.2 频率调制239

12.6 光纤位移传感器240

12.6.1 光纤开关与定位装置240

12.6.2 传光型光纤位移传感器242

12.7 光纤速度、加速度传感器243

12.7.1 光纤激光渡越速度计243

12.7.2 利用马赫-泽德干涉仪的光纤加速度计244

12.8 其他光纤传感器245

12.8.1 光纤振动传感器245

12.8.2 光纤温度传感器246

12.8.3 光纤应变传感器247

思考题249

第13章 温度传感器250

13.1 温度传感器概述250

13.2 热电偶250

13.2.1 热电偶的基本原理250

13.2.2 热电偶的类型及结构253

13.2.3 热电偶的传热误差和动态误差257

13.3 热敏电阻260

13.3.1 金属热敏电阻260

13.3.2 半导体热敏电阻263

13.4 集成温度传感器及应用266

13.4.1 概述266

13.4.2 工作原理266

思考题268

第14章 声学量传感器269

14.1 声学基本概念269

14.1.1 声波与声音269

14.1.2 声速、波型、波长和频率269

14.1.3 声压、声强、声功率及相应的“级”270

14.1.4 反射、折射、衍射、干涉273

14.1.5 声波的衰减276

14.2 声学量传感器特性参数276

14.2.1 灵敏度276

14.2.2 频率响应277

14.2.3 指向性277

14.2.4 输出阻抗、最大声压级278

14.2.5 等效噪声级、失真度和动态范围278

14.3 超声传感器278

14.3.1 超声波及其基本特性279

14.3.2 超声波传感器分类与基本结构280

14.3.3 超声波传感器工作原理281

14.3.4 超声波传感器的应用282

14.4 声表面波传感器288

14.4.1 SAW波型种类288

14.4.2 SAW传感器基本器件结构290

14.4.3 典型SAW传感器292

14.4.4 SAW传感器的特点297

14.4.5 SAW传感器的发展趋势298

14.5 声压传感器298

14.5.1 电阻变换式声压传感器298

14.5.2 压电式声压传感器299

14.5.3 电容式声压传感器299

思考题300

第15章 磁敏传感器301

15.1 霍尔式磁传感器301

15.1.1 霍尔元件的原理301

15.1.2 霍尔元件的特性302

15.1.3 霍尔开关集成传感器303

15.1.4 霍尔线性集成传感器304

15.2 结型磁敏器件304

15.2.1 磁敏二极管304

15.2.2 磁敏三极管307

15.2.3 CMOS磁敏器件308

15.3 磁阻式磁传感器309

15.3.1 半导体磁阻传感器310

15.3.2 韦根德器件312

15.3.3 铁磁性金属薄膜磁敏电阻314

15.4 SQUID磁传感器316

15.4.1 SQUID磁传感器的基本原理317

15.4.2 SQUID磁传感器的构成类型320

15.5 其他磁传感器323

15.5.1 光纤磁传感器323

15.5.2 机械式磁传感器325

15.5.3 感应式磁传感器326

思考题328

第16章 气体传感器329

16.1 气体传感器概述329

16.1.1 气体传感器定义与分类329

16.1.2 气体传感器特性参数331

16.2 无机半导体气体传感器331

16.2.1 无机半导体气体传感器及其分类331

16.2.2 气敏机理332

16.2.3 半导体气体传感器的主要特性334

16.2.4 表面控制型电阻式传感器336

16.2.5 体控制型电阻式传感器339

16.2.6 非电阻式半导体气体传感器340

16.3 电子聚合物气体传感器342

16.3.1 概述342

16.3.2 电阻型气体传感器342

16.3.3 质量敏感型气体传感器347

16.3.4 场效应管型气体传感器351

16.4 电子鼻355

16.4.1 电子鼻工作原理355

16.4.2 电子鼻系统组成356

16.4.3 电子鼻的研究现状与应用358

思考题360

参考文献360

第17章 湿度传感器361

17.1 湿度传感器的特性参数与分类361

17.1.1 湿度传感器的定义及湿度检测的重要性361

17.1.2 湿度的定义362

17.1.3 湿度传感器的主要特性参数362

17.1.4 湿度传感器的分类364

17.2 半导体陶瓷湿度传感器364

17.2.1 涂覆膜型365

17.2.2 烧结体型365

17.2.3 薄膜型367

17.2.4 MOSFET 湿度传感器368

17.2.5 二氧化锡湿敏二极管368

17.3 高分子聚合物湿度传感器368

17.3.1 电阻式高分子聚合物湿度传感器369

17.3.2 电容式高分子湿敏元件373

思考题376

第18章 离子敏传感器377

18.1 离子敏传感器概述377

18.2 离子选择电极378

18.2.1 离子选择电极定义与特点378

18.2.2 离子选择电极结构与基本原理379

18.2.3 离子选择电极的分类380

18.3 离子敏场效应管383

18.3.1 离子敏场效应管定义与特点383

18.3.2 离子敏场效应管结构与基本原理384

18.3.3 离子敏场效应管设计原则386

18.3.4 离子敏场效应管的分类389

18.3.5 集成化ISFET传感器392

18.4 离子敏传感器的应用394

18.4.1 离子选择电极的应用394

18.4.2 离子敏场效应管的应用396

思考题397

参考文献397

第19章 生物传感器398

19.1 生物传感器及其基本构成398

19.1.1 生物传感器的发展398

19.1.2 生物传感器的基本构成和工作原理399

19.1.3 生物传感器的分类401

19.1.4 生物传感器的特点401

19.2 场效应晶体管型生物传感器402

19.2.1 酶场效应晶体管402

19.2.2 免疫场效应晶体管403

19.2.3 FET型生物传感器的新进展404

19.3 光生物传感器405

19.4 热生物传感器407

19.5 生物芯片409

19.5.1 概述409

19.5.2 生物芯片的分类410

19.5.3 基因芯片410

19.5.4 蛋白质芯片412

19.5.5 组织芯片414

19.6 生物传感器的应用及发展动向414

19.6.1 临床诊断用生物传感器和测定仪414

19.6.2 生物传感器在发酵工业中的应用415

19.6.3 生物传感器在环境监测中的应用415

19.6.4 生物传感器在食品领域中的应用415

思考题416