[發明專利]一種氣體識別方法、氣體傳感器及氣體識別裝置

在審

• 申請號: 201710465821.6
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107340317A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 段學欣;趙遠;屈賀冪;龐慰;張浩
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N29/036
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙)11017
• 代理人: 韓登營,曲芳兵

1.一種氣體識別方法，其特征在于，包括步驟：

A、將附著有氣體敏感膜的具有多諧振模式的微納壓電諧振器分多次分別通入不同濃度的一待測氣體，使所述氣體敏感膜分多次分別吸附不同濃度的該待測氣體；

B、對應所述多次，獲取對應數量的所述多諧振模式微納壓電諧振器的響應結果；其中，所述響應結果為諧振特征的變化；

C、將所述響應結果作為第一參數；獲取基于該第一參數的氣體特征圖譜，據此識別所述待測氣體。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C還可為：

基于所述響應結果，通過氣體吸附方程擬合該氣體敏感膜對不同濃度下的所述待測氣體的氣體吸附曲線，獲得至少一種與濃度無關的第二參數；

基于至少一種所述第二參數獲取氣體特征圖譜，據此識別所述待測氣體。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C還可為：

基于所述響應結果，通過氣體吸附方程擬合該氣體敏感膜對不同濃度下的所述待測氣體的氣體吸附曲線，獲得至少一種與濃度無關的第二參數；

基于將所述響應結果作為的第一參數和至少一種所述第二參數獲取氣體特征圖譜，據此識別所述待測氣體。

4.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述第一參數包括：諧振頻率的變化、和/或諧振峰峰值大小的變化。

5.根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于，當所述氣體敏感膜為硅烷化單層膜時，

步驟C中獲得的所述第二參數包括以下至少之一：Vm、C和k，其中，Vm為表征硅烷化單層膜所吸附第一層氣體量的常數，C為表征所吸附第一層氣體與后面多層氣體吸附熱之差的常數，k為表征解吸附速率的常數；

所述Vm和C的獲得的方法包括：通過一氣體吸附等溫線擬合方程擬合硅烷化單層膜對不同濃度下的所述待測氣體的所吸附的氣體等溫吸附曲線獲得；

所述k的獲得的方法包括：通過一氣體動態吸附/解吸附擬合方程擬合該氣體敏感膜對不同濃度下的所述待測氣體的解吸附過程獲得。

6.根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于，當所述氣體敏感膜為超分子單層膜時；

步驟C中獲得的所述第二參數包括以下至少之一：K1、K2、ka和kd，其中，K1與K2分別為表征氣體對于超分子環內及環外兩種界面的親和力的常數，ka與kd分別為表征吸附速率和解吸附速率的常數；

所述K1和K2的獲得的方法包括：通過一氣體吸附等溫線擬合方程擬合超分子單層膜對不同濃度下的所述待測氣體的所吸附的氣體等溫吸附曲線獲得；

所述ka和kd的獲得的方法包括：通過一氣體動態吸附/解吸附擬合方程擬合該氣體敏感膜對不同濃度下的所述待測氣體的解吸附過程獲得。

7.根據權利要求5或6所述的方法，其特征在于，

所述Vm和C的獲得的方法中所述一氣體吸附等溫線擬合方程為BET方程；

所述k的獲得的方法中所述一氣體動態吸附/解吸附擬合方程為JMA方程；

所述K1和K2的獲得的方法中所述一氣體吸附等溫線擬合方程為雙點Langmuir-Freundlich方程；

所述ka和kd的獲得的方法中所述一氣體動態吸附/解吸附擬合方程為單指數方程。

8.一種氣體傳感器，其特征在于，包括：

設置于半導體晶圓上的一多諧振模式微納壓電諧振器；

該多諧振模式微納壓電諧振器包括：諧振體，懸空設置于所述半導體晶圓上；壓電層，設置在所述的諧振體上；電極，設置在壓電層上表面或/和下表面；

修飾于于多諧振模式微納壓電諧振器的諧振體表面上的氣體敏感膜。

9.根據權利要求8所述的氣體傳感器，其特征在于，還包括至少以下之一：

溫度補償層，設置在所述電極與所述壓電層之間，或者設置在所述電極的外表面上；

器件保護層，設置于諧振器最外層。

10.一種基于權利要求8或9所述氣體傳感器的氣體識別裝置，其特征在于，包括：

所述氣體傳感器，用于多次通入不同濃度的一待測氣體，使所述氣體傳感器的氣體敏感膜分多次分別吸附不同濃度的該待測氣體；

電激勵單元，用于為所述氣體傳感器的多諧振模式微納壓電諧振器提供不同頻率的電學刺激；

采集單元，用于采集所述氣體傳感器的多諧振模式微納壓電諧振器的所述多次的對待測氣體的響應結果；

運算單元，獲取不同響應結果中的不同諧振特征作為第一參數；或/和根據不同響應結果下的氣體敏感膜的不同氣體吸附參數擬合該氣體敏感膜對不同濃度下的所述待測氣體的氣體吸附曲線，獲得至少一種與濃度無關的第二參數；

識別單元，基于第一參數和/或至少一種第二參數的氣體特征圖譜識別所述待測氣體。