前言
当前，由于湿度传感器在家用电器、食品、医药、工及农业等各方面的应用越来越广泛，因此对湿度传感器的要求也越来越高。概括起来有下几点：
①高可靠性和长寿命；
②用于各种有腐蚀性气体（如Cl2、SO2等）的场合时，传感器的特性不变；
③ 用于多种污染环境，如存在油、烟等环境时，其特性不漂移；
④传感器特性的温度稳定性好；
⑤能用于宽的湿度范围。如1%~100%RH和温度范围，如1~100℃;
⑥在全湿度量程内，传感器的变化要易于测量，如电阻在10~10的7次方Ω范围内变化，或电容在10~10的5次方pF范围内变化；
⑦便于生产，价格便宜；
⑧有好的互换性。
综上所述可知，湿敏陶瓷是满足这些性能要求的最好材料。
图1.水分传感器via网络
这是一类研究最多、应用最广的湿敏陶瓷材料，典型的瓷料是MgCr2O4系统，其主要晶相是MgCr2O4。TiO2作为掺杂改性成分，主要特性有以下几个：
①多孔结构
MgCr2O4-TiO2二元系在高温下有良好的力学和热学性质。MgCr2O4有较高的耐火度，Cr在高温下容易挥发，因此，含Cr量高的金属氧化物很难烧结成高密度，烧结体是一种典型的多孔结构。样品的体积密度占理论密度的百分数随TiO2的添加量略有增加。同时，晶粒尺寸和气孔大小也随TiO2加入量的增加而增大，比表面积随TiO2加入量的增加而减小。晶粒之间以颈状部分相联结。气孔呈开口毛细管状，因此，它很容易吸附水蒸气，并凝结在毛细管中。这种多孔结构能有效地阻止热冲击引起的开裂，因此，它能反复地进行热清洗而不破坏。
②半导体性
在高温下Cr是以原子状态挥发，造成MgCr2O4中氧过剩，并提供大量受主能级，表现为p型半导体性。电阻率随温度的升高而下降，具有负温度系数（NTC) 特性，并影响这种材料的湿度温度系数。
③湿敏特性
材料对吸附水非常灵敏，并有稳定的函数关系。由函数关系可确定湿度测量范围、正常状态下的电阻值（如50%RH时的阻值）、全湿度量程下的阻值范围及感湿灵敏度等重要参数。
④响应速度
MgCr2O4-TiO2湿敏陶瓷的吸脱湿响应时间，可见，30s已达到完全稳定。
⑤滞后曲线
MgCr2O4-TiO2材料的升湿和降湿曲线，两者几乎重合，滞后很小，在±0.5%RH以内。
⑥频率特性
电源频率对该材料湿度－电阻关系——在10的4次方Hz以下影响很小。
⑦寿命
在各种严酷条件下的寿命实验表明材料的寿命特性很好，性能可靠。
⑧湿度温度系数
MgCr2O4-TiO2材料在20~80℃范围内温度对电阻－温度曲线的影响。在60%RH下的温度系数约为3. 8%RH/℃。
⑨ 电压特性
测试电压在5V以下时，其特性几乎与电压无关。施加电压大于5V时，在高湿度情况下受焦耳热的影响。在 MgCr2O4-TiO2 系统的TiO2 的含量变动在很宽的范围内［ (1~30) mol%] , 湿敏性都较好。
MgCr2O4的晶体结构属尖晶石型，其通式为AB2O4。按A在晶体结构中所处的位置不同可分为正尖晶石、反尖晶石和半反尖晶石。正尖晶石结构是指二价金属离子A全部处于晶格中氧四面体位置，称为A位置，三价金属离子处于晶格中氧八面体位置，称B位置。所谓反尖晶石是其全部A离子都处于B位置，它的分子式为B(AB)O4。如果部分A离子进入了B位置，这种结构称为半反尖晶石，用分子式A1-xBx(AxB2-X)O4表示。
正尖晶石基本上属于绝缘体，具有全反尖晶石结构的材料电导率最大，通常为半导体。对于半反尖晶石离子配置介于正尖晶石和全反尖晶石之间，故其电导率小于全反尖晶石。
纯MgCr2O4为正尖晶石结构，是绝缘体，不宜用作感湿材料。当加入适量杂质，如MgO、TiO2、SnO2等，或在高温煅烧，瓷体中呈现过量的MgO时，MgCr2O4即形成半导体，Mg2+在MgCr2O4中占据Cr3+的位置，并使其升价成Cr4+，产生空穴，其能态接近于价带顶，很容易受激发形成p型电导。
TiO2的加入量可达30mol%，仍能保持尖晶石单一晶相；当加入量达80mol%时，发现有MgCr2O4、MgTi2O5、Cr2Ti2O7和金红石等组成的多相系统。由于Ti4+离子易转变为Ti3+离子，并提供一个弱束缚电子，因此，当TiO2加入量小于20mol%时，电阻率迅速增加。当加入TiO2的量较大时［ (20~90)mol%]， 电阻率降低。这是由于T3+离子提供过多的电子，除补偿了MgCr2O4的空穴外，多余的电子形成n型电导。当TiO2的量过大（超过90mol%) 时，由于形成大量的金红石相，电阻率又增加。
MgCr2O4-TiO2陶瓷的制造采用普通陶瓷的干压工艺。原料采用化学纯或分析纯的碱式碳酸镁、Cr2O3和TiO2。用尼龙球磨罐、玛瑙球和蒸馏水，混磨24h, 1200℃预烧。干压成面积为40mmX40mm, 厚16mm的方块，在1300~1400℃烧结，用切片切割成所需要的尺寸。切好的片子两面烧上一层RuO2多孔电极，其有良好的导电性，与瓷体有很好的附着力。
尖晶石型的材料还有很多，一般烧结温度都在1200℃以上，故为高温烧结的体型湿敏电阻材料。此外，还有非尖晶石型的高温烧结体型电阻材料如TiO2-SnO2系统，低温烧结的体型电阻材料ZnO2-LiO2-V2O5系统等。
电容型湿度传感器在20世纪60年代就有报道，以其电容量和湿度成线性关系而受到重视。但由于其温度稳定性、抗干扰性、抗老化性等方面的问题，在使用上受到限制。最初是采用阳极氧化法在铝板上形成Al2O3膜，这种 Al2O3膜具有细颗粒的多孔结构。铝板作为一个电极，在Al2O3膜表面再用真空蒸发镀膜法镀上金属作为第二个电极，该电极也是多孔的。因此，Al2O3膜很容易吸附水气。多孔氧化铝的介电常数为1~10, 空气的介电常数约等于1, 水电常数约为80。可见，当水气代替介质中孔内的空气时，介质的介电常数将发生很大变化，因而引起元件的电容量变化。
图1.电容型湿度传感器via网络
至20世纪70年代采用了厚膜技术，即介质是采用介电常数近70的陶瓷细粉印刷而成，使传感器的性能得到改善，同时它具有体积小，可靠性高、成本低，和其他厚膜元件、集成电路相配合等优点。近年来，随着薄膜集成电路的应用和镀膜技术的发展，氧化物和其他化合物也能形成镀膜，因而研制成了薄膜型湿度传感器。
