[发明专利]一种乐甫波气体传感器无效
申请号: | 200910008940.4 | 申请日: | 2009-02-13 |
公开(公告)号: | CN101644696A | 公开(公告)日: | 2010-02-10 |
发明(设计)人: | 李红浪;刘久玲;程利娜;何世堂 | 申请(专利权)人: | 中国科学院声学研究所 |
主分类号: | G01N29/12 | 分类号: | G01N29/12 |
代理公司: | 北京法思腾知识产权代理有限公司 | 代理人: | 杨小蓉 |
地址: | 100190北京市海淀区*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 乐甫波 气体 传感器 | ||
技术领域
本发明涉及一种乐甫型声波(简称乐甫波)传感器,特别是涉及一种采用半导体型气敏材料的乐甫波气体传感器。
背景技术
自1964年,由Wickens和Hatman利用气体在电极上的氧化还原反应研制出第一个气敏传感器,1982年英国的Warwick大学的Persaud等提出了利用气敏传感器模拟动物嗅觉系统的结构以后,气体传感器飞速发展,应用于各种场合。气体传感器主要有半导体传感器(电阻型和非电阻型)(传感器世界,2001,《几种常见气体传感器的研究进展》)。现有的气体检测装置,主要利用气敏膜与待测气体之间接触后引起的电阻、电容、电流大小的变化来确定气体浓度。同时,各种半导体型气敏材料的研究很多,针对甲烷(CH4)、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)以及一氧化碳(CO)气体检测的选择也很多。其中SnO2和WO3是应用最广泛的气敏材料。文献化工进展(2006年第25卷第1期,H2S气敏材料的研究进展)中介绍了针对H2S检测的SnO2系、ZnO系、ZnS系、WO3系H2S气敏材料以及复合氧化物气敏材料。文献IEEE SENSOR2006,EXCO,Daegu,Korea/October 22~25,2006(Nanostructures Molybdenum OxideGas sensors)中介绍了钼氧化物作为检测NO、NO2、CO、H2、NH3的气敏材料。特别是最近发展起来的纳米型材料,其对待测气体的吸附能力以及各方面性能都有很大的提升。文献仪表技术与传感器(2008年第7期,新型气敏材料——纳米金膜吸附硫化氢的性能研究)中还公开了采用纳米金膜作为H2S气敏材料的前景。总的来说,半导体型气体检测器件,利用的是气敏材料对待测气体的吸附作用以及氧化还原反应,因而其检测能力很稳定。但同时由于这些半导体型传感器在应用时需要外加电压、加热,而且受电磁波的干扰较大,结构比较复杂,其检测下限受限(几十甚至上百个ppm),从而使其应用范围受到很大限制。
近年来,由于声表面波器件具有高精度、高可靠性和动态响应快的特点,因而声表面波气体传感器的发展十分迅速。乐甫波(Love wave)是声波的一种,是压电基片表面的薄层声波导中传播的表面剪切横波。乐甫波的质点振动方向平行于基本表面,所以当基片表面与液体负载接触时,其传播受负载影响小。又由于薄层声波导将乐甫波能量束缚在表面,所以乐甫波对表面干扰非常灵敏。文献Acoustic WaveSensors,Academic Press,San Diego,USA,1997(D.S.Ballantine,R.M.White,S.J.Martin,A.J.Ricco,E.T.Zellers,G.C.Frye,H.Wohltjen)中指出声表面波传感器的气体检测下限可以达到ppb量级。常规的声表面波(SAW)传感器采用化学敏感膜的吸附原理,通过吸附敏感膜的选择性吸附能力对不同的气体进行定性分析。文献分析仪器(2007第3期,声表面波气体传感器化学敏感膜研究进展)中指出,敏感膜可分为有机聚合物(如聚醚、多氟烃、聚硅氧烷、聚亚胺酯、聚吡咯、聚噻吩、聚赖氨基酸及其化学修饰物等)、超分子化合物、无机物膜材料、分子晶体分子液晶分子液体材料,以及生物分子。这些化学敏感膜多属于有机膜,其本身的黏弹性可以提升SAW传感器的灵敏度。但是,实验过程中发现这类传感器件中,有机化学敏感膜的生成易受温度、湿度、氧化性、静电和压力等诸多因素的影响,稳定性不好,这也就限制了现有的声表面波传感器的应用范围。
可见,在实际应用中,还没有出现灵敏度高、稳定性好的声表面波气体检测器件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高灵敏度、稳定的采用半导体型气敏材料的乐甫波气体传感器。其能够克服现有半导体型传感器检测下限不高的缺陷,从检测手段方面改善传感器性能,将乐甫波传感器的结构,与现有的半导体型固体气敏膜技术相结合,实现高灵敏度、稳定的气体检测功能。
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