[发明专利]压电气体传感器

说明书

现有技术中已知(JP84-123975)可使用由聚苯硫醚和Au电极构成的电导传感器测定过度反应的气体如SO₂F₂和SOF₂。从而使SO₂经形成的交联链进入该聚合物中。检测在这种情况下产生的电导变化。但用这种传感器不能测定臭氧，卤素或含过氧的化合物。原则性的问题是Au电极抗待检测气体的耐蚀性。

众所周知(分析化学，57(13)，2634-8，1985)可用压电1，4-聚丁二烯涂层传感器测定臭氧。这种传感器的缺点是通过用毛刷涂层制造聚合物涂层会损伤接触的表面。同样地，用这种方法层的均匀性不能再现，发现经检测的强波动变化的频率变化范围为2000至10000Hz。此外，通过ppb范围的吸收臭氧量观测到的频率变化非常小。

已知产生振动的电频发生器使用了由石英或钛酸铅/锆陶瓷组成的压电元件。选择共振频率以检测质量变化并由接通的外部频率发生器增强共振频率。

已知基本振动(周期T)和谐波振荡器质量m之间的相互关系为： T = 2 π m · s K - - - - ( 1 ) ]]>式(1)中的S为偏转，K为振动质量的回转力。按照振动频率和振幅之间的关系也得出公式(2)

F²＝1/T²＝常数/m                (2)增加振动质量如通过化学吸收法引起压电材料谐振频率的频率位移。公式(2)中的常数为压电活性材料的材料常数(声阻抗、剪切模量)。

例如石英时得出频率变化Δf的下列函数：

Δf＝-2，3·10⁶·F²·Δm/A      (3)式中A为振动面积，F为基本振动，Δm为质量变化。若振动面(例如石英片)带有涂层，则由于根据关系式(3)的质量增加，体系的频率改变。若涂层对环境介质中一种或多种物质有吸收特性，具有频率改变的振动体系在发生吸收时起反应。通过适当地选择吸收剂可在宽的极限内调节传感器的特性(选择性、灵敏度、可恢复性、可累积性)。

本发明的任务是提供检测臭氧、卤素和过氧化合物的传感器，它是耐蚀性的，可重复制备的，具有高吸收能力并迅速将检测气体转变成不挥发的化合物。

令人惊奇地发现，通过采用合适的涂层技术和后处理技术在压电晶体中添加聚亚芳基硫醚消除了上述缺点，得到了所希望的特性。由此获得定量地检测卤素，过氧化合物和臭氧用的检测器。

本发明的主题是由压电晶体和含有聚亚芳基硫醚的涂层构成的传感器。

本发明可使用的聚合物是具有式1重复单元的聚亚芳基体系，它至少含有一个硫醚基，

-[(Ar¹)_n-X]_m-[(Ar²)_i-Y]_j-[(Ar³)_k-Z]_l-[(Ar⁴)_o-W]_p-       (I)其中Ar¹，Ar²，Ar³和Ar⁴是具有6至18个碳原子的相同或不同的芳基体系；W，X，Y和Z是相同或不同的连接基团，它选自-SO₂-，-S-，-SO-，-O-，-CO-，-CO₂-，具有1至6个C原子的亚烷基(Alkylen或Alkyliden)和-NR¹-，其中R¹为具有1至6个C原子的烷基或亚烷基，并且必须至少是一个连接基团-S-；n，m，i，j，k，l，o，p是相同或不同的整数0，1，2，3或4，其总数至少为2。