[發明專利]一種測量汞蒸氣的芯片的制備方法及其傳感器的使用方法

有效

• 申請號: 201710770984.5
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107643228B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 聞心怡;彭曉鈞;蔡如樺;程萍;劉禹希;陳夢珂;章先濤;陳剛
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: G01N5/02
• 分類號: G01N5/02
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 王衛東

本發明公開了一種測量汞蒸氣的芯片，其包括硅襯底層；中間層，中間層包括自下而上依次層疊設置的Bragg聲學反射層、種子層和壓電薄膜層，且Bragg聲學反射層設于硅襯底層上；兩組電極組件，每一電極組件均包括設于壓電薄膜層上的接地電極和信號電極，接地電極為C形并形成一收容區，信號電極收容于收容區；汞可逆吸附薄膜層，汞可逆吸附薄膜層設于其中一組電極組件的信號電極上，使該組電極組件和汞可逆吸附薄膜層共同形成測量單元信號電極，另一組電極組件形成參考單元信號電極。本發明還提供了芯片的制備方法、裝配有芯片的傳感器及該傳感器的使用方法。本發明結構簡單、精度高、抗干擾能力強、易于大批量生產，能夠廣泛應用于各類工業排放檢測系統。

技術領域

本發明涉及汞蒸氣測量領域，具體涉及一種測量汞蒸氣的芯片的制備方法及其傳感器的使用方法。

背景技術

汞是一種對環境和人類危害極大的元素。工業化大規模生產導致每年約有2400噸的汞被排到大氣中，進而通過土壤、海洋，進入到食物鏈中。進入人體的汞可以通過形成甲基汞發生生物積累效應，進而對神經系統、大腦和胎兒造成不可逆的損傷。有報告說，人體暴露在0.1-0.2ppm的汞蒸汽中，僅僅幾小時就會導致化學性支氣管炎、化學性肺炎和肺部纖維化。針對主要的工業活動，如火電廠燃煤煙排放、采礦冶煉排放、垃圾焚燒排放等，進行持續的監測，對于控制環境汞污染至關重要。

目前廣泛使用的汞蒸汽測量裝置大多基于熒光效應，由于汞的熒光吸收頻率在253.7nm附近，而這一波長在高溫燃煙氣中會引起光化學反應，容易造成熒光淬滅和汞的光催化氧化,進而影響測量精度，因此，這種測量裝置并不適用于燃煙中汞排放的監測。此外，目前基于熒光效應的汞蒸汽測量裝置，還存在體積較大、成本較高、需要經常維護，不適用于低成本的組網監測的缺點。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種小型化、成本低廉、精度高、免維護的測量汞蒸汽的芯片，可以廣泛用于各類工業排放監測系統。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：一種測量汞蒸氣的芯片，其包括：

硅襯底層；

中間層，所述中間層包括自下而上依次層疊設置的Bragg聲學反射層、種子層和壓電薄膜層，且所述Bragg聲學反射層設于所述硅襯底層上；

兩組電極組件，每一組所述電極組件均包括設于所述壓電薄膜層上的接地電極和信號電極，所述接地電極為C形并形成一收容區和一開口，所述信號電極收容于所述收容區；

一個汞可逆吸附薄膜層，所述汞可逆吸附薄膜層設于其中一組所述電極組件的信號電極上，使該組所述電極組件和所述汞可逆吸附薄膜層共同形成測量單元信號電極，另一組所述電極組件形成參考單元信號電極。

進一步地，所述汞可逆吸附薄膜層為Ni-Au納米薄膜。

進一步地，所述接地電極和所述信號電極均包括層疊的Ni薄膜和Ti薄膜，且所述Ti薄膜設于所述壓電薄膜層上，所述測量單元信號電極的所述Ni薄膜與所述汞可逆吸附薄膜層相互貼合設置。

進一步地，所述Ni薄膜厚度為100-200nm，所述Ti薄膜厚度為 40-70nm。

進一步地，所述Bragg聲學反射層包括三個層疊設置的層組，所述層組為自上而下的SiO₂/Mo雙層薄膜結構。

進一步地，所述SiO₂薄膜和所述Mo薄膜厚度均為諧振聲波在各自中波長的1/4。

進一步地，所述種子層包括層疊的Pt薄膜和Ti薄膜，所述Pt 薄膜設于所述壓電薄膜層下，所述Ti薄膜設于所述Bragg聲學反射層上。

進一步地，所述Pt薄膜厚度為100-150nm，所述Ti薄膜厚度為 40-70nm。