上海硅酸盐研究所副研究员 王天宝
夏夜,蚊虫肆虐,叮得人不得安宁,但只要插上电纹香,尽管无烟无味,蚊子却纷纷逃遁,人们可以无需蚊帐,安然入梦。电蚊香如何有此神通?原来在它内部有一片叫做正温度系数电阻陶瓷,简称为PTC陶瓷。电流通过这种陶瓷就能发热。当温度升到所需温度时,它的电阻可以增大几千到几百万倍,使通过陶瓷片的电流减小,陶瓷片维持在使驱蚊药水缓慢蒸发所需的温度。PTC陶瓷既可通电发热,又可自动控温,电纹香就是利用它的这一特性制作而成的。
一般做杯盘碗碟的普通陶瓷是不导电的绝缘体。上世纪五十年代以来,科学家发现本来是绝缘体的金属氧化物陶瓷,如钛酸钡、二氧化钛、二氧化锡和氧化锌等,只要掺入微量的其他金属氧化物,它们就会变得有导电能力,它们的电阻介于绝缘体和金属之间,人们称它们为半导体陶瓷。各种半导体陶瓷的电阻会分别随环境的温度、湿度、气氛、光线强弱和施加电压等的变化而改变几十到几百万倍(它们分别被叫做热敏、湿敏、气敏、光敏、和电压敏陶瓷),利用这些陶瓷可以制造各种各样的电子器件为人类服务。
用电阻随温度而变的热敏陶瓷制造的温度传感器,用它测量温度,比其他方法测温响应快、精度高,微型温度传感器比一粒芝麻还小,用这类传感器做成的体温计,几秒内即可测出人的体温。这类用热敏陶瓷制造的测温仪表种类繁多,不仅在工农业生产的温度测控中大显身手,而且人们家中的空调机、电冰箱中的自动控温也都离不了它们。
利用PTC陶瓷既发热又控温的特性,可以制造许多家用电热电器,如暖风机、卷发器、暖脚器、手炉等等。近年,人们将半导体陶瓷材料涂复在玻璃、陶瓷、搪瓷等器皿上,通电发热用来制造电热壶、电火锅、电热水器等,与用电热丝作发热体的同类电热器相比,这类膜状发热体具有加热面积大、温度均匀、加热快速、安全无明火和能节电20~30%等优点。
家庭中由于煤气泄漏引起的中毒事故,时有发生,常常造成全家罹难!酒后驾车产生的交通肇事更不胜枚举,每年造成许多人员死伤。气敏陶瓷的出现,可以使这些难题迎刃而解。有一些氧化物半导体陶瓷,如锡、锌、钛和铁等金属的氧化物。它们的电阻会随各种气体的浓度改变几百~几万倍。因此可为利用这些陶瓷制造各种气体传感器。人们通俗地称它们为电子鼻。现在在厨房中装一只煤气报警器,一有煤气泄漏,它就会自动发出闪光和鸣叫,警告人们立即采取措施, 用电阻随酒精蒸汽浓度而变的陶瓷可制造酒敏传感器,将这种传感器装在汽车发动机控制电路上,如果驾驶员喝了酒,汽车就不能发动,这可以防止酒后开车肇事。
用电阻随空气湿度而变的陶瓷制造的湿敏传感器,可以测量和控制大气湿度。装有这种传感器的空调机,不仅冬暖夏凉,而且始终保持着人类最舒适的湿度,你既不会有黄梅天的湿闷,也不会有寒冬的干燥感。装有湿敏传感器的微波炉,可使菜肴烹任完全自动化。另外你家中的干衣机能使衣服既能干透,又不烤焦,全靠湿度传感器在控制。
半导体陶瓷为我们生活的舒适、美满正作出越来越多的贡献! |