[發明專利]一種樂甫波氣體傳感器

無效

• 申請號: 200910008940.4
• 申請日: 2009-02-13
• 公開（公告）號: CN101644696A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 李紅浪;劉久玲;程利娜;何世堂
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01N29/12
• 分類號: G01N29/12
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊小蓉

技術領域

本發明涉及一種樂甫型聲波(簡稱樂甫波)傳感器，特別是涉及一種采用半導體型氣敏材料的樂甫波氣體傳感器。

背景技術

自1964年，由Wickens和Hatman利用氣體在電極上的氧化還原反應研制出第一個氣敏傳感器，1982年英國的Warwick大學的Persaud等提出了利用氣敏傳感器模擬動物嗅覺系統的結構以后，氣體傳感器飛速發展，應用于各種場合。氣體傳感器主要有半導體傳感器(電阻型和非電阻型)(傳感器世界，2001，《幾種常見氣體傳感器的研究進展》)?，F有的氣體檢測裝置，主要利用氣敏膜與待測氣體之間接觸后引起的電阻、電容、電流大小的變化來確定氣體濃度。同時，各種半導體型氣敏材料的研究很多，針對甲烷(CH₄)、硫化氫(H₂S)、二氧化硫(SO₂)以及一氧化碳(CO)氣體檢測的選擇也很多。其中SnO₂和WO₃是應用最廣泛的氣敏材料。文獻化工進展(2006年第25卷第1期，H2S氣敏材料的研究進展)中介紹了針對H2S檢測的SnO₂系、ZnO系、ZnS系、WO₃系H₂S氣敏材料以及復合氧化物氣敏材料。文獻IEEE?SENSOR2006，EXCO，Daegu，Korea/October?22～25，2006(Nanostructures?Molybdenum?OxideGas?sensors)中介紹了鉬氧化物作為檢測NO、NO₂、CO、H₂、NH₃的氣敏材料。特別是最近發展起來的納米型材料，其對待測氣體的吸附能力以及各方面性能都有很大的提升。文獻儀表技術與傳感器(2008年第7期，新型氣敏材料——納米金膜吸附硫化氫的性能研究)中還公開了采用納米金膜作為H₂S氣敏材料的前景?？偟膩碚f，半導體型氣體檢測器件，利用的是氣敏材料對待測氣體的吸附作用以及氧化還原反應，因而其檢測能力很穩定。但同時由于這些半導體型傳感器在應用時需要外加電壓、加熱，而且受電磁波的干擾較大，結構比較復雜，其檢測下限受限(幾十甚至上百個ppm)，從而使其應用范圍受到很大限制。

近年來，由于聲表面波器件具有高精度、高可靠性和動態響應快的特點，因而聲表面波氣體傳感器的發展十分迅速。樂甫波(Love?wave)是聲波的一種，是壓電基片表面的薄層聲波導中傳播的表面剪切橫波。樂甫波的質點振動方向平行于基本表面，所以當基片表面與液體負載接觸時，其傳播受負載影響小。又由于薄層聲波導將樂甫波能量束縛在表面，所以樂甫波對表面干擾非常靈敏。文獻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)中指出聲表面波傳感器的氣體檢測下限可以達到ppb量級。常規的聲表面波(SAW)傳感器采用化學敏感膜的吸附原理，通過吸附敏感膜的選擇性吸附能力對不同的氣體進行定性分析。文獻分析儀器(2007第3期，聲表面波氣體傳感器化學敏感膜研究進展)中指出，敏感膜可分為有機聚合物(如聚醚、多氟烴、聚硅氧烷、聚亞胺酯、聚吡咯、聚噻吩、聚賴氨基酸及其化學修飾物等)、超分子化合物、無機物膜材料、分子晶體分子液晶分子液體材料，以及生物分子。這些化學敏感膜多屬于有機膜，其本身的黏彈性可以提升SAW傳感器的靈敏度。但是，實驗過程中發現這類傳感器件中，有機化學敏感膜的生成易受溫度、濕度、氧化性、靜電和壓力等諸多因素的影響，穩定性不好，這也就限制了現有的聲表面波傳感器的應用范圍。

可見，在實際應用中，還沒有出現靈敏度高、穩定性好的聲表面波氣體檢測器件。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高靈敏度、穩定的采用半導體型氣敏材料的樂甫波氣體傳感器。其能夠克服現有半導體型傳感器檢測下限不高的缺陷，從檢測手段方面改善傳感器性能，將樂甫波傳感器的結構，與現有的半導體型固體氣敏膜技術相結合，實現高靈敏度、穩定的氣體檢測功能。