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目录 1

第一篇 材料设计和传感器的智能化 1

第一章 敏感元器件及其转换功能 1

1.1 敏感元件概述 1

1.1.1 何谓敏感元件 1

1.1.2 敏感元件的分类 2

5.3.2 氧化物表面物性与化学吸附、化学反应 （31 3

1.1.3 对未来的展望 4

1.2 功能转换的种类 5

1.2.1 与物理现象有关的转换功能 5

1.2.2 与化学现象有关的转换功能 62

1.2.3 与生物现象有关的转换功能 79

第二章 材料基础 83

2.1 材料开发准则 83

2.1.1 支撑高技术的新材料 83

2.1.2 需要和机遇的材料开发 85

2.1.3 未来的材料开发领域 89

2.2.1 单晶作为材料的应用 94

2.2 单晶材料——生长技术和物质 94

2.2.2 单晶的生长技术 98

3 陶瓷材料基础 108

2.3.1 概要 108

2.3.2 陶瓷的烧结和结构 109

2.3.3 电子陶瓷 111

2.3.4 电介体陶瓷 111

2.3.5 压电陶瓷 114

2 3.6 热释电陶瓷 115

2.3.7 半导体陶瓷 117

2.3.8 绝缘陶瓷 120

2.3.9 磁性陶瓷 122

2.3.10 光学陶瓷 122

2.3.11 其它电子陶瓷 123

2.4.1 概述 124

2.4 非晶材料基础 124

2.4.2 结构和电子态 128

24.3 制作方法和反应机制 137

2.4.4 基础性质 141

2.5 高分子材料基础 147

2.5.1 概述 147

2.5.2 绝缘材料 149

2.5.3 电子传导性高分子材料 152

2.5.4 压电性、热释电性高分子材料 156

2.5.5 光电子学用高分子材料 157

2.5.6 感光性高分子材料 160

2.6 低维物质 163

2.6.1 概述 163

2.6.2 典型低维物质的物性 169

2.7 半导体超薄膜和超晶格结构的物性 181

2.7.1 超薄膜异质结的制作方法 182

2.7.2 由超薄膜结结构产生的势垒和电子态的控制 185

2.7.3 光学性质和器件应用 191

2.8 材料的评价方法 195

2.8.1 各种评价方法 196

2.8.2 最外层表面的新的评价方法 201

第三章 传感器的智能化及微细加工技术 212

3.1 何谓智能化 212

3.2 智能化的必要性 213

3.2.1 五官和敏感元件 213

3.2.3 传感器智能化的背景 214

3.2.2 感觉和认识 214

3.2.4 传感器智能化的要求 215

3.3 智能化的阶段和效果 216

3.4 达到智能化的技术途径 217

3.5 智能化的现状 218

3.5.1 功能集成化 218

3.5.2 物性的功能化和集成化 220

3.5.3 形态结构的功能化 222

3.6 由结构和材料决定的信号处理智能化 224

3.7 未来的传感器 226

3.8 敏感元件的微细加工技术 227

3.8.1 微机械加工及敏感元件 228

3.8.2 氧化技术 233

3.8.3 图形制作 234

3.8.4 掺杂 236

3.8.5 薄膜制作 236

3.8.6 键合技术 237

第四章 金属敏感材料 238

第二篇 敏感元器件及材料 238

4.1 采用磁性体的敏感元件 240

4.1.1 电磁感应型敏感元件 241

4.1.2 磁阻效应材料 245

4.2 金属系温度敏感元件 253

4.2.1 物理量变换方式 253

4.2.2 双金属（bimetal） 254

4.2.3 电阻温度敏感元件 255

4.2.4 热电偶 255

4.2.5 金属薄膜温度敏感元件 257

4.3 金属形变敏感元件材料 259

4.3.1 形变规 259

4.4.1 超导敏感元件 261

4.3.2 磁形变敏感元件 261

4.4 超导敏感材料 261

4.4.2 敏感元件用超导材料 264

4.5 形状记忆材料 266

4.5.1 形状记忆现象的机制 267

4.5.2 形状记忆合金的种类 272

4.5.3 形状记忆合金的应用 274

第五章 无机材料敏感元件 275

5.1 无机材料和电子器件 275

5.1.1 无机材料的定义 275

5.1.2 用于电子器件的无机材料 276

5.1.3 作为敏感材料用的无机材料 277

5.2 无机材料的物理、化学性质 281

5.2.1 无机材料的化学稳定性 281

5.2.2 无机材料的离子导电性 292

52.3 无机材料的半导体性质 297

5.3 无机材料化学敏感元件 304

5.3.1 多孔陶瓷与物理吸附、毛细管凝结 306

5.3.3 半导体式和接触燃烧式气敏元件 318

5.3.4 采用离子导电性无机材料的气敏元件 331

5.3.5 采用无机化合物的湿敏元件 346

5.4 陶瓷材料物理敏感元件 351

5.4.1 陶瓷半导体的温度特性及温敏元件材料 353

5.4.2 压电性及其材料 360

5.4.3 压力敏感元件材料 361

5.4.4 热释电性及其材料 361

5.5 元件化技术和元件的集成化 364

5.5.1 元件化技术 364

5.5.2 元件的集成化和功能的扩大 367

第六章 有机敏感材料 371

6.1 有机敏感材料的种类和功能 372

6.1.1 有机敏感材料的信息变换功能 372

6.1.2 导电性 374

6.1.3 光电导性 374

6.1.4 压电性、热释电性 375

6.2 光敏元件 377

6.3 温度敏感元件 378

6.3.1 塑料热敏电阻 378

6.3.2 塑料PTC热敏电阻 379

6.3.3 热释电型红外线敏感元件 380

6.4 力学量敏感元件 381

6.4.1 压力敏元件 381

6.4.2 超声波敏感元件 384

6.4.3 采用液晶的力学量敏感元件 385

6.5 湿度敏感元件 385

6.5.1 高分子电解质湿敏元件 386

6.5.2 高分子电介质湿敏元件 387

6.5.3 结露敏感元件 388

6.6 气敏元件 388

6.6.1 气敏元件的检测方式 388

6.6.2 采用有机材料的气敏元件 388

6.6.3 电化学气敏元件用高分子膜 390

6.7 离子敏元件 391

6.7.1 离子敏元件的原理 391

6.7.2 液状离子交换体膜电极 393

6.7.3 中性载体液膜电极 393

6.7.4 离子选择FET电极 394

6.8.1 生物传感器的种类和基本结构 395

6.8 生物传感器 395

6.8.2 酶传感器、微生物传感器 396

6.8.3 免疫传感器 399

6.8.4 光导管生物传感器 402

6.8.5 生物电子学传感器 403

第七章 半导体敏感材料 407

7.1 半导体材料 407

7.1.1 元素半导体 408

7.1.2 化合物半导体 409

7.1.3 非晶半导体 411

7.2 半导体的基础物性 411

7.2.1 半导体内的电子特征 411

7.2.2 决定电导、载流子密度、迁移率的机制 414

7.2.3 电学性质的温度依赖关系 416

7.2.4 影响半导体物性的外场效应 419

7.3.1 pn结二极管和极型晶体管 420

7.3 半导体器件的工作原理 420

7.3.2 场效应晶体管 423

7.3.3 半导体敏感元件的特点和适用范围 424

7.4 应力和位移敏感元件 426

7.4.1 压阻效应型敏感元件 426

7.4.2 电容型压力敏感元件 428

7.4.3 触觉敏感元件 429

7.5 光敏元件 430

7.5.1 光电导型敏感元件 430

7.5.2 光伏效应型敏感元件 438

7.5.3 光电发射型敏感元件 443

7.5.4 摄像管和固体摄像元件 445

7.5.5 使用光的各种物理量敏感元件 453

7.6 射线敏感元件 455

7.7.1 热敏电阻 458

7.7 温度传感器 458

7.7.3 晶体管温度敏感元件 461

7.7.2 二极管温度敏感元件 461

7.7.4 红外线温度敏感元件 463

7.8 电场、磁场敏感元件 465

7.8.1 电场敏感元件 466

7.8.2 磁场敏感元件 466

7.9 化学敏感元件 469

7.9.1 ISFET（离子场效应晶体管） 469

7.9.2 共振微桥敏感元件 470

7.9.3 半导体气相色谱法 471

7.9.4 半导体化学集成电路 473

7.9.5 气敏元件 474

7.10 半导体敏感元件今后的发展概述 478

A-1 一般物理常数 482

附录 482

附录A 物理表 482

A-2 特殊物理常数 483

A-3 物理量的符号、单位与单位换算 484

A-4 在温度T时液体的密度 486

A-5 在T＝20℃时常见固体和液体的密度 487

A-6 在温度T时固体金属的密度 489

A-7 在T＝20℃时工业合金的密度 490

A-8 在T＝20℃时塑料的密度 491

A-9 在T＝0℃p＝1atm时气体的密度 493

A-10 金属的力学性质 494

A-11 合金的力学性质 495

A-12 在20℃时塑料的力学性质 496

A-13 材料的硬度 497

A-14 在1atm下液体和气体的粘滞系数 499

A-15 在温度T时金属固体的热力学常数 500

A-16 在温度T时非金属固体的热力学常数 502

A-17 在温度T时绝缘体的热导率K 503

A-18 在P为1atm和温度为T时的热力学常数 503

A-19 在温度T＝293K时气体的热力学常数 504

A-20 在压强为p温度为T时气体的比热Cp 505

A-21 在压强p为1atm和温度为T时气体的热导率K 506

A-22 在压强p为1atm时固体的相变 507

A-23 在压强p为1atm时液体的相变 508

A-24 在压强p为1atm时气体的相变 509

A-25 平均燃烧热 510

A-26 在p为1atm和温度为T时液体的介电常数C 512

A-27 在温度T时固体的介电常数C 513

A-29 在温度T时纯金属的电阻率ρ 514

A-28 在p为1atm和温度为T时气体的介电常数C 514

A-30 在T＝20℃时工业合金的电阻率ρ 515

A-31 在T＝20℃时非金属和液体的电阻率ρ 516

A-32 固体的电阻温度系统α0 516

A-33 在温度T时固体中的声速vL 517

A-34 在压强p为1atm和温度为T时液体中的声速uL 518

A-35 在压强p＝1atm和温度T＝0℃时，气体中的声速vL 518

A-36 在T＝20℃时抛光表面对正入射的反射 519

A-37 在T＝20℃时正入射的镜面反射 520

A-38 在T＝20℃时天然表面对正八射的反射 520

A-39 在T＝20℃时玻璃的折射率μm 521

A-40 在T＝20℃时工业塑料的平均折射率？m 521

A-41 酸、碱的电离平衡常数（18～25℃） 522

附录B 化学元素 523

参考文献 525