[發明專利]氣體傳感器和感測氣相分析物的方法

在審

• 申請號: 202010539747.X
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN112198220A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: C·穆爾澤;C·D·吉爾莫;H·J·尹;J·墨菲;B·利奇菲爾德
• 申請（專利權）人: 羅門哈斯電子材料有限責任公司;羅門哈斯電子材料韓國有限公司
• 主分類號: G01N29/02
• 分類號: G01N29/02;G01N27/22;G01N27/12;G01N29/036
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳哲鋒;錢文宇

提供了氣體傳感器。所述氣體傳感器包括：基底；所述基底上的多個電極；以及用于吸附氣相分析物的所述基底上的聚合物感測層。所述分析物的吸附有效地改變所述氣體傳感器的性質，從而導致來自所述氣體傳感器的輸出信號發生變化。所述聚合物感測層包含選自取代的或未取代的聚亞芳基化物的聚合物，所述聚合物包括單體的反應產物，或所述反應產物的固化產物，所述單體包括包含芳族乙炔基團的第一單體和包含兩個或更多個環戊二烯酮基團的第二單體。所述氣體傳感器以及使用此類傳感器的方法尤其可用于氣相有機分析物的感測。

技術領域

本發明總體涉及用于感測氣相分析物的氣體傳感器。更具體而言，本發明涉及包括聚合物感測層的氣體傳感器，并且涉及使用此類傳感器來感測分析物的方法。氣體傳感器和感測方法尤其可用于氣相分析物諸如有機氣相分析物的感測。

背景技術

氣相分析物的檢測對于工業和消費市場行業的各種應用都是重要的。氣體傳感器已被例如用于有毒和可燃氣體以及蒸氣(統稱為氣體)的檢測、用于真空沉積過程中對涂層厚度測量的監測和控制以及用于濕度監測。最近，對氣體傳感器的關注已擴展到消費電子市場，例如移動電話、物聯網(IoT)和可穿戴設備應用。

存在許多氣體傳感器平臺，例如聲波、電容型和電導型(電阻型)氣體傳感器。例如，在G.Korotcenkov，Handbook ofGas Sensor Materials：Properties，Advantages andShortcomings for Applications Volume 1：Conventional Approaches，IntegratedAnalytical Systems[氣體傳感器材料手冊：針對應用的性質、優點和缺點，第1卷：常規方法，綜合分析系統]，施普林格出版社(Springer)(2013)中描述了此類傳感器。

基于聲波或壓電的傳感器包括例如體聲波(BAW)傳感器，諸如石英晶體微天平(QCM)和薄膜體聲波諧振器(FBAR)傳感器和表面聲波(SAW)傳感器。此類傳感器通常包括壓電層，在所述壓電層中以固有的聲波共振頻率產生聲波。壓電材料可以涂覆有可吸附所關注的分析物的感測材料，諸如聚合物、金屬、金屬氧化物、二氧化硅或其他無機復合材料。分析物的感測是由于聲波傳播路徑的特性改變而發生的，所述改變會導致波速和共振頻率的變化。這種改變是感測材料的一個或多個性質的變化的函數，所述性質例如為質量負荷、粘度、粘彈性、彈性剛度、電導率或介電常數中的一者或多者，其中質量負荷是最典型的。例如，與無分析物的感測層相比，隨著來自被吸附的分析物的質量負荷的增加，波速和共振頻率降低。執行換能過程，借助所述換能過程，輸入(例如，共振頻率或波速)通過壓電效應被轉換為可測量的輸出，所述輸出通常為電信號。

電容型傳感器根據所測得的兩個電極之間的電容來操作，其中所述電極通常呈叉指圖案的形式。電極中的一個或兩個可以涂覆有感測材料，所述感測材料作為可吸附所關注的分析物的電介質而發揮作用。這種分析物在感測材料之上或之中的吸附提供裝置電容的變化，這是由感測材料的介電常數或厚度的變化引起的。

電導型(或電阻型)氣體傳感器通常采用涂覆有感測材料的叉指電極圖案，其中分析物被感測材料吸附，從而導致裝置的電導率(或電阻)改變。這可以例如作為電流變化來測量，電流變化可以與感測層中的分析物的含量相關聯。

感測材料允許感測材料與所關注的分析物之間發生吸附相互作用是重要的。傳感器響應速率受到分析物進入傳感器材料的結合和擴散以觸發所期望的換能的限制。因此，對所關注的分析物具有高吸附性的感測材料將是期望的。此外，已經發現，在長期操作過程中，分析物結合可能通過減少響應信號和/或延長響應時間而導致傳感器漂移和感測性能喪失。因此，期望獲得即使在存在高信噪比的情況下，也是隨時間推移而穩定的且具有快速響應(優選地接近瞬時響應)的氣體傳感器。

持續需要改進的感測氣相分析物的氣體傳感器和方法，這些體傳感器和方法解決與現有技術相關的一個或多個問題。

發明內容