敏感膜和气体传感器制造技术

提供一种可以减少水分的影响的敏感膜，并且可以提供传感器特性的经时变化减少的气体传感器。敏感膜20设置有包含敏感材料的膜主体201，和包含在膜主体201中的炭黑。膜主体201在吸附被检出物时是可膨胀的。炭黑的邻苯二甲酸二丁酯吸收量小于100cm3/100g。可以抑制炭黑颗粒之间的水分吸附，并且还可以减少敏感膜20的电阻值和灵敏度的经时变化。的电阻值和灵敏度的经时变化。的电阻值和灵敏度的经时变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】敏感膜和气体传感器


[0001]本公开总体上涉及敏感膜和气体传感器。更具体地，本公开涉及包括包含敏感材料的膜主体和在膜主体中包含的炭黑的敏感膜和气体传感器。

技术介绍

[0002]专利文献1公开了用于人工嗅觉系统的传感器。该传感器检测流体中的被检物，包括含有导电性修饰颗粒的层，并且电连接到电测量装置。导电性修饰颗粒包括具有至少一种有机基团的炭黑。
[0003]这种类型的传感器的传感器特性(如电阻值和灵敏度)由于水的影响而倾向于经时变化。这就是为什么对其中传感器特性几乎不经时变化的传感器的需求越来越大的原因。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：JP 2004
‑
510953 A

技术实现思路

[0007]本公开的目的是提供一种可用作其中传感器特性几乎不经时变化的气体传感器的材料的敏感膜，和包括这种敏感膜的气体传感器。
[0008]根据本公开的一个方面的敏感膜包括：包含敏感材料的膜主体；和包含在膜主体中的炭黑。炭黑的邻苯二甲酸二丁酯吸收量小于100cm3/100g。
[0009]根据本公开的另一个方面的敏感膜包括：包含敏感材料的膜主体；和包含在膜主体中的炭黑。炭黑的Dst/D0比小于4，其中Dst是通过离心沉降分析测量的聚集体的斯托克斯模式直径并且D0是平均一次粒径。
[0010]根据本公开的又一个方面的气体传感器包括：上述敏感膜；以及电连接到敏感膜的电极。
附图说明
[0011]图1A是示出根据本公开的示例性实施方案的气体传感器的透视图；
[0012]图1B是示出所述气体传感器的传感器部的平面图；
[0013]图1C是示出所述气体传感器的敏感膜的透视图；
[0014]图2A和图2B是示出所述气体传感器的敏感膜如何操作的说明图；
[0015]图2C是示出电阻值如何通过所述气体传感器的敏感膜的操作而随时间变化的实例的图；
[0016]图3是示出传感器灵敏度如何随着气体传感器DBP吸收量而变化的图；
[0017]图4A是示出传感器电阻变化率如何随着作为气体传感器的原料的炭黑的挥发分而变化的图；
[0018]图4B是示出传感器灵敏度变化率如何随着作为气体传感器的原料的炭黑的挥发分而变化的图；
[0019]图5A是示出传感器灵敏度如何随着作为气体传感器的原料的炭黑的平均一次粒径(D0)而变化的图；
[0020]图5B是示出传感器灵敏度如何随着作为气体传感器的原料的炭黑的挥发分而变化的图；
[0021]图6A和图6B示出作为气体传感器的原料的炭黑的结构；
[0022]图6C是示出薄层电阻如何随着作为气体传感器的原料的炭黑的挥发分而变化的图；和
[0023]图7是示出传感器灵敏度和传感器灵敏度变化率如何随着作为气体传感器的原料的炭黑的挥发分而变化的图。
具体实施方式
[0024](实施方案1)
[0025](1)概述
[0026]图1A示出了根据本公开的示例性实施方案的气体传感器1的示意性构造。气体传感器1可以用于例如检测作为检测目标分子(作为被检出物)的气味分子。气味分子的实例包括挥发性有机化合物(VOCs)和氨。气体传感器1用于检测作为检测目标分子的VOCs。气体传感器1检测作为在例如从食物中捕集的气体、从人体中采取的呼气或从建筑物房间中采取的空气等样品气体中包含的气味分子的VOCs。注意，要由气体传感器1检测的检测目标分子不必须是VOCs，而也可以是包括VOCs的多种类型的气味分子或除气味分子以外的分子，例如可燃性气体或如一氧化碳等有毒气体的分子。
[0027]如图1A所示，气体传感器1包括供给部11、传感器部12和处理部13。供给部11向传感器部12供给包括气味分子的样品气体和参照气体。传感器部12包括多个敏感膜20和多个电极21。处理部13包括用于检测由传感器部12测量的电阻值的变化的检测部和用于控制气体传感器1的操作的控制部。供给部11包括样品气体和参照气体通过其流通的配管。处理部13包括构成检测部和控制部的电路。
[0028]如图1B所示，传感器部12通过在基板120上设置多个敏感膜20来形成。多个敏感膜20纵向和横向地配置以形成敏感膜20的阵列(例如，在该实施方案中为4
×
4阵列)。这些敏感膜20各自在平面图中以圆形图案形成。注意，传感器部12中的敏感膜20的数量、配置和形状不必须是图1B中所示的，而例如还可以根据气体传感器1的类型适当地改变。
[0029]如图1C所示，敏感膜20各自包括膜主体201和导电性颗粒202。导电性颗粒202分散在膜主体201的基质中。
[0030]膜主体201包含敏感材料。根据例如膜主体201要吸附的化学物质的类型和/或导电性颗粒202的类型来选择适当的敏感材料。敏感材料可以是具有电绝缘性质的有机材料，并且包括例如选自由高分子(大分子)材料和低分子材料组成的组中的至少一种材料。敏感材料尤其优选包括高分子材料。注意，如果敏感材料包括高分子材料，则膜主体201可以具有耐热性。
[0031]优选的敏感材料的实例包括可作为气相色谱仪中柱的固定相商购获得的材料。更
具体地，敏感材料可以包括例如选自由聚亚烷基二醇类、聚酯类、硅酮类、甘油类、腈类、二羧酸单酯类和脂族胺类组成的组的至少一种材料。这使得膜主体201容易地吸附气体中的化学物质(特别是挥发性有机化合物)。
[0032]聚亚烷基二醇类包括例如聚乙二醇(耐热温度为170℃)。聚酯类包括例如选自由聚(二甘醇己二酸酯)和聚(乙二醇琥珀酸酯)组成的组的至少一种材料。硅酮类包括例如选自由二甲基硅酮、苯基甲基硅酮、三氟丙基甲基硅酮和氰基硅酮(耐热温度为275℃)组成的组的至少一种材料。甘油类包括例如双甘油(耐热温度为150℃)。腈类包括选自由例如N,N
‑
双(2
‑
氰基乙基)甲酰胺(耐热温度为125℃)和1,2,3
‑
三(2
‑
氰基乙氧基)丙烷(耐热温度为150℃)组成的组的至少一种材料。二羧酸单酯类包括选自由例如硝基对苯二甲酸改性的聚乙二醇(耐热温度为275℃)和二甘醇琥珀酸酯(耐热温度为225℃)组成的组的至少一种材料。脂族胺类包括例如四羟乙基乙二胺(耐热温度为125℃)。
[0033]导电性颗粒202是形成炭黑的颗粒。炭黑是通过包含烃或碳的化合物的不完全燃烧形成的超细球形颗粒的聚集体。可选地，膜主体201不仅可以包含炭黑，而且可以包含选自由导电性聚合物、金属、金属氧化物、半导体、超导体和配合物组成的组中的至少一种材料作为具有导电性的颗粒。
[0034]一对电极21连接到敏感膜20。这些电极21各自电连接到敏感膜20中的导电性颗粒202。一对电极21还电连接到处理部13的检测部。
[0035]在这种敏感膜20中，膜主体201在吸附气味分子G之前厚度较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种敏感膜，其包括：包含敏感材料的膜主体；和包含在所述膜主体中的炭黑，所述炭黑的邻苯二甲酸二丁酯吸收量小于100cm3/100g。2.一种敏感膜，其包括：包含敏感材料的膜主体；和包含在所述膜主体中的炭黑，所述炭黑的Dst/D0比小于4，其中Dst是通过离心沉降分析测量的聚集体的斯托克斯模式直...

【专利技术属性】
技术研发人员：中尾厚夫，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：