[發明專利]蒸汽傳感器及其材料

有效

• 申請號: 200710109086.1
• 申請日: 2007-06-18
• 公開（公告）號: CN101135660A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: E·J·布洛克;P·C·拉馬穆爾蒂;J·斯塔林;B·S·阿馬迪奧
• 申請（專利權）人: 熱敏碟公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 沙捷;彭益群

相關申請的交叉引用

本申請是于2003年4月11日提交的美國專利申請第10/411,805號的部分繼續申請，在此該申請全部引入作為參考文獻。

技術領域

本發明涉及傳感器薄膜，更具體的說，涉及檢測蒸汽分析物的傳感器薄膜。

背景技術

對特定目標分析物或化合物的檢測對許多應用來說是重要的，包括，例如，檢測分析物的濃度是否超過自燃極限。本領域公知，通過根據不同檢測機制工作的傳感器來檢測目標分析物。大多數傳感器采用這樣的傳感元件：其在環境中存在特定分析物時發生物理改變。因此，傳感器典型地包括探頭，該探頭包括傳感元件和探頭體外殼(包括用于傳送輸出信號的接線端)。接線端典型地與同樣是傳感器組成部分的處理器相連，該處理器分析所接收到的、從傳感器探頭傳送到用戶接口的輸出信號。這樣的用戶接口典型地包括指示器件，當分析物的濃度值過高時該指示器件向用戶傳遞信號。

很多傳感器采用傳感器薄膜作為傳感元件。當存在分析物時，許多傳感器薄膜發生膨脹，體積增加。目前本領域中可用的各種傳感器都是利用傳感器薄膜的物理變化確定分析物的濃度。這種傳感器可以包括光學傳感器如纖維光學傳感器，其中光束通過光纖投射到傳感器薄膜覆層上，監測傳感器薄膜的物理變化(例如，折射率或顏色變化)。當分析物被吸附且覆層的物理特性發生變化(包括體積變化)時，這種折射率變化就會發生。其它傳感器包括聲表面波傳感器(SAWS)，其通過傳感器薄膜在轉換器(transducer)之間投射超聲波，還檢測傳感器薄膜特性的任何變化(主要是質量)，并將這些變化轉換成所存在的分析物的濃度。

另一種類型的傳感器薄膜是電導傳感器，更具體的說，是聚合物-吸附化學電阻傳感器。聚合物-吸附化學電阻具有聚合物薄膜傳感器，該傳感器暴露在含有目標分析物(化合物)的氣氛中。對整個聚合物薄膜施加電荷。聚合物吸附目標分析物，這引起薄膜的體積變化，從而引起薄膜電阻的變化。

而且，導電顆?？梢苑植荚谡麄€聚合物薄膜中，以便在聚合物體積變化時提高對材料中電阻變化的靈敏度。但是，任何依靠因吸附化學分析物而引起的物理變化(即，體積、質量、反射率和電阻)的傳感器薄膜通常對與溫度相關的體積變化也很敏感。此外，需要增強對化學分析物的靈敏度。而且，在很多應用中僅可以使用小量電流，并需要低電阻傳感器。需要這樣的低電阻傳感器薄膜組合物：該組合物提高對所需化學分析物的靈敏度，同時進一步增加其在溫度波動時的穩定性。

發明內容

在一個方面，本發明提供了一種用于檢測一種或多種化學分析物的導電性傳感器薄膜，其包括含有交聯聚合物樹脂的聚合物基質和多種導電顆粒。交聯聚合物包括硅氧烷單體，多種導電顆粒優選包括至少兩種不同種類的導電顆粒。第一種導電顆粒包括表面積小且直徑大的碳黑，其N₂吸附為大約8至大約25m²/g，DBP為大約1至大約180ml/100g。在一種或多種化學分析物的存在下，傳感器基質表現出電阻變化。

在另一方面，本發明提供了一種用于檢測化學分析物的低電阻電導傳感器薄膜。傳感器薄膜包括含有聚合物樹脂的聚合物基質和多種均勻地分布在聚合物中的導電顆粒。聚合物包括具有至少一個側烴基的硅氧烷單體，該側烴基中的碳原子多于或等于兩個。多種導電顆粒包括至少兩種不同種類的導電顆粒。第一種導電顆粒包括碳黑。傳感器基質的基極電阻顯示小于大約700Ohm。

在另一方面，本發明提供了一種用于檢測化學分析物的低電阻電導傳感器薄膜，其包括含有聚合物樹脂的聚合物基質和多種導電顆粒。顆粒均勻地分布在聚合物內。聚合物包括具有至少一個側烴基的硅氧烷單體，該側烴基中的碳原子多于或等于兩個。而且，多種導電顆粒優選包括至少兩種不同種類的導電顆粒。第一種導電顆粒優選包括表面積小且直徑大的碳黑，其N₂吸附為大約8至大約25m²/g，DBP為大約1至大約180ml/100g。第二種物種選自：高電導率碳黑、包括碳的導電軸向幾何顆粒、以及包括鎳的顆粒。當傳感器在一種或多種化學分析物的存在下時，傳感器基質表現出電阻變化。

由下文中提供的說明，本發明的進一步的適用領域將會變得顯而易見。應該理解，本發明中顯示各種實施方式的具體描述和特定實施例僅僅是為了說明的目的，而不意味著限制本發明的范圍。

附圖說明

由下述詳細描述和附圖，將會更完整地理解本發明，其中

圖1是示例性化學電阻傳感器工作原理的示意圖；

圖2是根據本發明的能夠使用的示例性化學電阻傳感器的示意圖；