[發明專利]一種集成氣體吸附薄膜與紅外表面等離子器件用于氣體傳感的方法及傳感器

在審

• 申請號: 202011011879.1
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112345480A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 牟笑靜;周鴻;李東曉;惠新丹
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/63;G01N21/01;G01N1/40
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

一種集成氣體吸附薄膜與紅外表面等離子器件用于氣體傳感的方法及傳感器，其是在氣體傳感器的氣腔中設置氣體吸附薄膜與紅外表面等離子器件集成結構，紅外表面等離子器件包括人工超表面結構和作為紅外窗口和支撐的基底，所述氣體吸附薄膜制作在人工超表面結構之上；氣體進入氣腔并流過氣體吸附薄膜與紅外表面等離子器件集成結構時，被氣體吸附薄膜吸附和濃縮，通過紅外表面等離子體器件激發表面等離子體場感應吸附薄膜的變化，紅外探測器探測紅外光通過紅外表面等離子器件的光吸收變化信息，從而得到氣體的濃度信息。本發明能解決傳統氣體傳感器探測水平較低，靈敏度不高，無法探測超低濃度的氣體的缺陷。

技術領域

本發明涉及氣體檢測技術，具體涉及光學氣體紅外傳感技術。

背景技術

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數轉化成對應電信號的轉換器。

氣體傳感器在民用領域的應用主要體現在：廚房里，檢測天然氣、液化石油氣和城市煤氣等民用燃氣的泄漏，通過檢測微波爐中食物烹調時產生的氣體，從而自動控制微波爐烹調食物；住房、大樓、會議室和公共娛樂場所用二氧化碳傳感器、煙霧傳感器、臭氧傳感等，控制空氣凈化器或電風扇的自動運轉；在一些高層建筑物中，氣體傳感器還可以用于檢測火災苗頭并報警。

在工業領域，氣體傳感器主要應用在石化工業中，一些二氧化碳傳感器、氨氣傳感器、一氧化氮傳感器等都能用在檢測二氧化碳、氨氣、氯氣等有害氣體的具體應用中。另外，可用來檢測半導體和微電子工業的有機溶劑和磷烷等劇毒氣體；電力工業方面，氫氣傳感器能夠檢測電力變壓器油變質過程中產生的氫氣；而在食品行業，氣體傳感器也可以檢測肉類等易腐敗食物的新鮮度；在果蔬保鮮應用中，氣體傳感器檢測保鮮庫中的氧氣、乙烯、二氧化碳的濃度儀以保證水果的新鮮安全；在汽車和窯爐工業檢測廢氣中氧氣，公路交通檢測駕駛員呼氣中乙醇氣濃度等方面，也有著廣泛的需求。

在最為貼近生活的環境監測領域，自然也離不開氣體傳感器。例如，用傳感器檢測氮的氧化物、硫的氧化物、氯化氫等引起酸雨的氣體；二氧化碳傳感器、臭氧傳感器、氟利昂等檢測溫室效應氣體等。相信，在未來，經過對氣體傳感器的進一步改造，其應用的范圍會越來越廣泛，我們也將在更多的場合見到氣體傳感器的應用。

目前，氣體傳感方法有電化學法、半導體金屬氧化物法、紅外光學法等。其中光學氣體紅外傳感器的應用很廣，其具有可靠性很高，選擇性很好，精度高，無毒，受到環境的干擾較小，壽命比較長等優點。當前紅外氣體傳感器的檢測方法是光源-氣體腔室-紅外探測器，如專利CN110687065，CN110687064A，CN111208083A，CN210514064U 等。該方法的原理為利用朗伯比爾定律測量紅外氣體對紅外光的吸收率。但是對于被檢測氣體很稀薄的情況，氣體濃度低，該方法便無法獲得可靠的檢測或者根本無法檢測。在這種情況下，紅外氣體傳感器就存在探測水平較低，靈敏度不高，無法探測超低濃度的氣體的不足。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提出一種集成氣體吸附薄膜與紅外表面等離子器件用于氣體傳感的方法及氣體傳感器，其利用氣體吸附薄膜將稀薄的氣體先吸收濃縮，然后通過紅外表面等離子體器件激發表面等離子體場感應吸附薄膜的變化來實現對氣體的探測，解決傳統氣體傳感器探測水平較低，靈敏度不高，無法探測超低濃度的氣體的缺陷。

本發明的技術方案如下：

一種集成氣體吸附薄膜與紅外表面等離子器件用于氣體傳感的方法，所述方法是在氣體傳感器的氣腔中設置氣體吸附薄膜與紅外表面等離子器件集成結構，所述氣體吸附薄膜與紅外表面等離子器件集成結構包括氣體吸附薄膜和紅外表面等離子器件，所述紅外表面等離子器件包括人工超表面結構和作為紅外窗口和支撐的基底，所述氣體吸附薄膜制作在人工超表面結構之上。當紅外光照射氣腔，氣體在氣腔內流過集成氣體吸附薄膜的紅外表面等離子器件時，被氣體吸附薄膜吸附和濃縮，通過紅外表面等離子體器件激發表面等離子體場感應吸附薄膜的變化，紅外探測器探測紅外光通過紅外表面等離子器件的光吸收變化信息，從而得到氣體的濃度。