中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著科技的快速發(fā)展，航天、航空、核電、國(guó)防、交通等領(lǐng)域?qū)Ω邷貝毫迎h(huán)境的溫度監(jiān)控顯得越來越重要。比如航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作中的高溫惡劣環(huán)境，通常伴隨著高壓和高濕性、高腐蝕性氣體。在如此惡劣的環(huán)境中，現(xiàn)有的傳統(tǒng)材料制備的溫度傳感器根本無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、有效的監(jiān)控。就目前而言，由于有線有源傳感器中電池的使用壽命有限，外加電源時(shí)傳感器的線路布局也是一個(gè)技術(shù)難題，因此有線有源溫度傳感器已經(jīng)滿足不了人們的需求，開發(fā)出在極端惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作的無線無源溫度傳感器顯得較為迫切。
1、Al2O3傳感器
溫度傳感器制備的主要流程圖
但Al2O3材料在高溫下抗熱沖擊性能較差，而且微波階段的損耗很高，因此并不是傳感材料的最佳選擇。
2、PDC—SiCN陶瓷基溫度傳感器
SiC和AlN作為新型的耐高溫傳感元材料，在一定程度上提高了傳感器的工作溫度（可達(dá)600℃），但其制備工藝十分昂貴，并不是一種理想的耐高溫溫敏傳感元材料。
目前，國(guó)際上發(fā)展了一種耐高溫的聚合物先驅(qū)體陶瓷PDC—SiCN，它不僅具有極好的耐高溫特性而且制備工藝簡(jiǎn)單，是超高溫、腐蝕、輻射環(huán)境應(yīng)用的半導(dǎo)體器件、溫敏壓敏傳感器潛在的優(yōu)良選材。它是以聚硅氮烷為前驅(qū)體、過氧化二異丙苯為熱引發(fā)劑來制備PDC—SiCN陶瓷圓片，熱解溫度為800℃，退火溫度為1100℃。對(duì)其進(jìn)行650℃、12ｈ的熱氧化處理后，將得到的陶瓷圓片進(jìn)行表面拋光處理從而得到表面粗糙度＜１μｍ的陶瓷片。聚硅氮烷是一類以Si—N為主鏈的無機(jī)聚合物，由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)的特殊性，在高溫條件下可轉(zhuǎn)化為SiCN。
利用PDC—SiCN陶瓷材料的介溫特性，將PDC—SiCN陶瓷作為電介質(zhì)材料填充在諧振腔中，構(gòu)成無線無源溫度傳感器的諧振器。諧振器經(jīng)天線接收到外部寬頻微波的激勵(lì)信號(hào)后，寬頻微波在諧振器內(nèi)部發(fā)生諧振，然后通過天線把經(jīng)PDC—SiCN陶瓷諧振后的信號(hào)傳輸出去。由于PDC—SiCN陶瓷的介溫特性導(dǎo)致諧振器的諧振頻率隨環(huán)境溫度的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化。由此，可以建立諧振腔的諧振頻率變化與環(huán)境溫度變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過公式轉(zhuǎn)換，將諧振頻率與環(huán)境溫度的關(guān)系轉(zhuǎn)換成PDC—SiCN陶瓷的介電常數(shù)和介電損耗變化與環(huán)境溫度變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
2011年，An等利用PDC—SiCN陶瓷的介溫特性，報(bào)道了一種以SiCN陶瓷為溫敏元件，以金為諧振腔材料的無線無源溫度傳感器，使用共面波導(dǎo)線作為微波的傳輸線，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，準(zhǔn)確地測(cè)量出無線無源溫度傳感器的諧振頻率和介電常數(shù)與溫度之間的變化關(guān)系。2013年，li等以SiCN陶瓷為溫敏元件，以銀為諧振腔材料的無線無源溫度傳感器，該傳感器將圓柱形射頻諧振器與開槽天線集成在一起，使用波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)接器作為信號(hào)的收發(fā)天線，測(cè)試表面該無線無源溫度傳感器的有效傳輸距離可達(dá)到200ｍｍ。
3、PDC—SiBCN陶瓷
目前，國(guó)際上又提出了一種新型的聚合物先驅(qū)體陶瓷SiBCN（PDC—SiBCN），其具有更加優(yōu)異的高溫?zé)岱�(wěn)定性、抗氧化性、高溫電學(xué)特性和抗蠕變性，并且陶瓷制備工藝簡(jiǎn)單。研究發(fā)現(xiàn)，PDC—SiBCN陶瓷的介電常數(shù)隨測(cè)試溫度的升高而單調(diào)增加，其具有優(yōu)異的介溫性能，經(jīng)測(cè)試，用其制成的傳感器在1100℃高溫下有較高的靈敏度，遠(yuǎn)高于PDC—SiCN傳感器，是應(yīng)用于極端環(huán)境傳感器材料的不二之選。
參考來源：
[1]余煜璽等. PDC—SiBCN陶瓷基無線無源溫度傳感器的性能
[2]李來超等. PDC—SiCN陶瓷基無線無源溫度傳感器的制備
[3]任重等.基于高溫?zé)Y(jié)氧化鋁陶瓷的無線無源溫度傳感器
[4]余煜璽等.有線無源PDC—SiCN陶瓷基溫度傳感器的設(shè)計(jì)與制備
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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