用于检测气态剂的材料和传感器制造技术

本发明专利技术题为用于检测气态剂的材料和传感器。用于检测气态剂的传感器具有换能器，其包括形成天线的电谐振电路。传感器还包括感测材料，其设置在换能器的至少一部分上。感测材料配置成在气态剂存在的情况下同时呈现电容响应和电阻响应。传感器可以是可逆、无电池的，并且可以不要求与传感器读取器的电接触。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及用于检测气态剂的传感器和方法，以及更具体来说涉及用于检测二氧化氯、过氧化氢、甲醛、过醋酸、甲基溴、乙撑氧、臭氧和能够用作消毒剂、熏蒸剂或去污剂的其他气态剂。
技术介绍
不同环境的去污、熏蒸和消毒对包括例如卫生保健、食品安全和动物安全的大量范围的应用是至关重要的。多种气体能够用于消毒、熏蒸和去污的目的，包括但不限于二氧化氯、甲醛、过氧化氢蒸气、过醋酸、甲基溴、臭氧和乙撑氧。这些气体以及其他气体已知为针对产芽孢细菌和无芽孢细菌是有效的。用于去污、熏蒸和消毒的气态剂的检测对总体安全性是至关重要的。有益的是确定消毒剂的存在，以确保给定药剂充分表现，并且被消毒表面或材料没有有害污染物。例如，在监测生物制药产品、食品或饮料的变化、监测工业区的化学或物理危害、安全应用(例如住宅区监测或机场的国家安全)、不同环境和临床背景以及其他公共场所(其中某些有害和/或有毒蒸气的检测会特别有用)的方面，通过鉴别传感器之中或周围的某些环境变量的变化来测量蒸气的存在会是特别有用的。虽然当前的传感器提供大量无电池和无线传感器，但是存在对可逆的无电池传感器(其不要求与传感器读取器的电接触)的商业需要。此外，预期具有一种能够对环境参数的变化呈现多个响应的传感器，以消除传感器阵列。例如，半导体金属氧化物在暴露于蒸气时所提供的电阻变化是向上或向下变化。按传统，利用包括用于功能和准确监测的多个传感器的传感器阵列。许多传感器阵列包括涂敷有不同感测材料的多个相同换能器。但是，虽然使用相同换能器简化了传感器阵列的制作，但是这种阵列可具有用于仅感测单个响应(例如电阻、电流、电容、功函数、质量、光学厚度、光强度等)的有限能力。在某些应用中，多个性质的多个响应或变化可发生。在这类应用中，包括其中阵列中的不同换能器采用相同或不同响应(例如电阻、电流、电容、功函数、质量、光学厚度、光强度等)并且涂敷有不同感测材料以使得能够测量一个以上性质的传感器的阵列会是有利的。然而，不利地，制作使单独传感器唯一地制作成感测特定响应的传感器阵列使阵列的制作复杂化并且是不经济的。因此，预期一种单个传感器，其包括当分析物存在时能够同时呈现一个以上响应的感测材料。本文所公开的各个实施例可解决上述难题的一个或多个。
技术实现思路
在一个实施例中，一种传感器配置成检测气态剂，并且该传感器具有换能器，其包括形成天线的电谐振电路。该传感器还具有至少设置在换能器的一部分上的感测材料，并且感测材料配置成在暴露于气态剂时同时呈现电容响应和电阻响应。在另一个实施例中，一种传感器配置成检测气态剂，并且该传感器具有包括天线的换能器。该传感器还具有设置在换能器上的感测材料，并且感测材料包括半导体金属氧化物。另外，贵金属催化剂沉积在半导体金属氧化物上。天线配置成发射电场，以在暴露于气态剂时探测感测材料的响应。在另一个实施例中，描述一种用于制造配置成检测气态剂的传感器的方法。首先，通过将天线设置在衬底上形成换能器。其次，将贵金属催化剂掺杂到半导体金属氧化物，以形成金属氧化物粉末。第三，金属氧化物粉末与聚合物基体的水溶液混合，以形成稳定金属氧化物悬浮液。第四，金属氧化物悬浮液沉积在换能器上，并且经干燥以形成最终感测材料。在另一个实施例中，叙述一种用于检测气态剂的方法。在一个步骤，感测材料暴露于气态剂，其中感测材料包括第一成分和第二成分。第一成分和第二成分沉积在感测线圈的表面上。第一成分和/或第二成分经过氧化或还原，以及在频率范围上测量感测线圈的电容响应和电阻响应。最后，使用电容响应和电阻响应来执行分析，以检测气态剂的浓度。技术方案1：一种配置成检测气态剂的传感器，包括：换能器，其中所述换能器包括形成天线的电谐振电路；以及感测材料，至少设置在所述换能器的一部分上，其中所述感测材料配置成在暴露于气态剂时同时呈现电容响应和电阻响应。技术方案2：如技术方案1所述的传感器，其中，所述气态剂是消毒剂、熏蒸剂或去污剂。技术方案3：如技术方案1所述的传感器，其中，所述感测材料在暴露于所述气态剂时具有可逆响应。技术方案4：如技术方案1所述的传感器，其中，所述感测材料配置成作为剂量计来测量所述气态剂的浓度。技术方案5：如技术方案1所述的传感器，其中，所述感测材料包括至少部分涂敷有有机层的金属纳米粒子。技术方案6：如技术方案1所述的传感器，其中，所述感测材料包括半导体金属氧化物以及沉积在所述半导体金属氧化物上的贵金属催化剂。技术方案7：如技术方案6所述的传感器，其中，所述贵金属催化剂是下列中的任一个：铂、钯、金、银、铝、铜、铁、镍、钌或者它们的任何组合，并且其中所述半导体金属氧化物是下列中的任一个：In2O3、ZnO、WO3、SnO2、TiO2、Fe2O3、Ga2O3和Sb2O3或者任何其他半导体金属氧化物或者一个或多个金属的组合，包括In2O3与SnO2、In2O3与ZnO、SnO2与ZnO的组合或者金属的任何其他组合。技术方案8：如技术方案6所述的传感器，其中，所述贵金属催化剂使用湿法浸渍或原位合成来沉积在所述半导体金属氧化物上。技术方案9：如技术方案6所述的传感器，其中，贵金属催化剂与半导体金属氧化物的所述重量百分比处于0.01%至1%的范围中。技术方案10：如技术方案1所述的传感器，其中，所述传感器配置成工作在环境温度。技术方案11：如技术方案10所述的传感器，其中，所述环境温度处于-40℃至1000℃之间。技术方案12：如技术方案1所述的传感器，其中，所述换能器是无源RFID平台换能器、电感器-电容器-电阻器(LCR)谐振器、厚度剪切模式谐振器、叉指电极结构或电极结构。技术方案13：如技术方案1所述的传感器，其中，所述感测材料设置在所述传感器的互补感测区上。技术方案14：一种配置成检测气态剂的传感器，所述传感器包括：换能器，其中所述换能器包括天线；感测材料，设置在所述换能器上，其中所述感测材料包括半导体金属氧化物和设置在所述半导体金属氧化物上的贵金属催化剂；以及其中所述天线配置成发射电场，以在暴露于气态剂时探测所述感测材料的响应。技术方案15：如技术方案14所述的传感器，其中，所述感测材料还包括可调聚合物添加剂，并且所述半导体金属氧化物是半导体混合金属氧化物。技术方案16：如技术方案15所述的传感器，其中，所述感测材料包括在1%与80%之间的所述可调聚合物添加剂。技术方案17：如技术方案14所述的传感器，其中，所述感测材料的所述响应是电容的变化和电阻的变化。技术方案18：如技术方案14所述的传感器，其中，所述感测材料设置在所述传感器的互补感测区上。技术方案19：一种用于制备配置成检测气态剂的传感器的方法，包括：通过将天线设置在衬底上组装换能器；将贵金属催化剂掺杂到半导体金属氧化物，以形成金属氧化物粉末；将所述金属氧化物粉末与聚合物基体的水溶液混合，以形成稳定金属氧化物悬浮液；将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配置成检测气态剂的传感器，包括：换能器，其中所述换能器包括形成天线的电谐振电路；以及感测材料，至少设置在所述换能器的一部分上，其中所述感测材料配置成在暴露于气态剂时同时呈现电容响应和电阻响应。

【技术特征摘要】
2014.12.30 US 14/5864851.一种配置成检测气态剂的传感器，包括：
换能器，其中所述换能器包括形成天线的电谐振电路；以及
感测材料，至少设置在所述换能器的一部分上，其中所述感测材料配置成在暴露于气态剂时同时呈现电容响应和电阻响应。
2.如权利要求1所述的传感器，其中，所述气态剂是消毒剂、熏蒸剂或去污剂。
3.如权利要求1所述的传感器，其中，所述感测材料在暴露于所述气态剂时具有可逆响应。
4.如权利要求1所述的传感器，其中，所述感测材料配置成作为剂量计来测量所述气态剂的浓度。
5.如权利要求1所述的传感器，其中，所述感测材料包括至少部分涂敷有有机层的金属纳米粒子。
6.如权利要求1所述的传感器，其中，所述感测材料包括半导体金属氧化物以及沉积在所述半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA波蒂赖洛，Z唐，BA巴特林，N纳格拉吉，V布罗姆伯格，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US