[發(fā)明專利]納米結(jié)構(gòu)的氣體傳感器陣列和包括該陣列的設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110055087.2
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN113138208A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范智勇;宋志龍
• 申請（專利權(quán)）人: 香港科技大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;G01N33/00
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 張娜;李榮勝

本發(fā)明提供了一種氣體傳感器陣列和包含該氣體傳感器陣列的設(shè)備。該氣體傳感器陣列包括：電絕緣的三維多孔模板，其包括多個第一孔和多個第二孔；多個導(dǎo)電的第一金屬修飾的金屬氧化物膜，每個形成在對應(yīng)的第一孔內(nèi)并且包括第一金屬氧化物膜和第一金屬修飾顆粒，第一金屬氧化物膜的第一內(nèi)表面附接在相應(yīng)的第一孔的內(nèi)壁上，第一外表面上修飾有第一金屬修飾顆粒；以及多個導(dǎo)電的第二金屬修飾的金屬氧化物膜，每個形成在對應(yīng)的第二孔內(nèi)并且包括第二金屬氧化物膜和第二金屬修飾顆粒，第二金屬氧化物膜的第二內(nèi)表面附接在相應(yīng)的第二孔的內(nèi)壁上，第二外表面上修飾有第二金屬修飾顆粒。第一金屬修飾顆粒和第二金屬修飾顆粒由不同的金屬制成。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求在2020年1月16日提交的美國臨時專利申請No.62/995,165的權(quán)益，該專利申請通過引用整體結(jié)合到本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體上涉及納米結(jié)構(gòu)的氣體傳感器陣列和包括該氣體傳感器陣列的設(shè)備，用于執(zhí)行氣體檢測和濃度水平識別。

背景技術(shù)

在將事物與世界聯(lián)系方面，感測優(yōu)先。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(IoT)，甚至是未來5G網(wǎng)絡(luò)的巨大機遇滲透至建筑、家庭、城市的各個部分，需要大量的數(shù)據(jù)采集，使得更小、智能化、低功耗、高集成度的傳感器在市場上越來越普及。智能氣體傳感器能夠感知周圍環(huán)境(包括出于公共和家庭安全目而檢測化學分析物、呼出氣體、易燃或易爆氣體)、進行氣體泄漏檢測、進行環(huán)境監(jiān)測和疾病診斷，在我們?nèi)粘Ｉ钪械淖钪匾夹g(shù)中扮演重要角色。特別對于室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測和氣體泄漏檢測，需要氣體傳感器空間分布在房屋或建筑物中，以便長期連續(xù)監(jiān)測和識別周圍復(fù)雜環(huán)境，使人類免于處理火災(zāi)危險和爆炸性氣體泄漏(例如H₂、NO₂)和從房屋裝修釋放的十億分之幾(ppb)級化學分析物(例如甲醛、甲苯)。

由于必須使用加熱器，因此，大多數(shù)氣體傳感器裝置選擇性差、功耗高，這不僅降低了穩(wěn)定性和使用壽命，而且阻礙了新一代便攜式無線IoT裝置的集成化和小型化的實現(xiàn)。而且，該裝置系統(tǒng)通常由電池供電，電池由于壽命有限并且能量密度和容量有限，因此需要更換或定期充電，這給在智能家居和建筑應(yīng)用中實現(xiàn)需要數(shù)百或數(shù)千個氣體傳感器的傳感器網(wǎng)絡(luò)部署設(shè)置了很大的障礙。因此，非常希望開發(fā)一種自供電的氣體傳感器系統(tǒng)，其能夠成功地實現(xiàn)連續(xù)和高精度的家庭/建筑物室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測，以保證健康和安全。采用的太陽能、機械振動、生物能、風場和熱能等電源的自供電系統(tǒng)，被證明是一種使氣體傳感器節(jié)點自供電并具有無限壽命的有效方法。對于智能家居和/或建筑應(yīng)用，太陽能電池可以充分利用光源，并且能夠通過光伏效應(yīng)將光波直接轉(zhuǎn)換成電能，被認為是驅(qū)動傳感器裝置的最理想的電源。室內(nèi)照明能源不受地域、天氣和日照時間的影響，有望成為克服傳統(tǒng)電池局限性的室內(nèi)電源。室內(nèi)光源可以產(chǎn)生大約100μW cm^-2水平的功率密度，這可以產(chǎn)生足夠的功率來操作傳感器裝置，然而，先前未報告過用于智能家居和建筑物應(yīng)用的室內(nèi)光驅(qū)動的自供電的氣體傳感器陣列系統(tǒng)，主要是由于在超低功耗的氣體傳感器裝置的制造和功能單元的系統(tǒng)集成方面存在挑戰(zhàn)。

因此，在本領(lǐng)域中需要具有超低功耗的氣體傳感器裝置和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本文提供了一種納米結(jié)構(gòu)的氣體傳感器陣列，尤其涉及基于3D納米結(jié)構(gòu)的SnO₂薄膜的氣體傳感器陣列和包括該氣體傳感器陣列的設(shè)備，用于執(zhí)行氣體識別以及濃度檢測。