公开了一种声波传感器设备，它一般包括一个压电衬底，其上具有一个表面。可以在该压电衬底上形成一个或多个交叉指型换能器和一个钝化层。另外，吸附剂材料可以在声学路径（ＩＤＴ电极等）形成，使得该交叉指型换能器响应越过该压电衬底该表面传播的多个声波，以此与该钝化层和该交叉指型换能器一起提供指示该压电衬底附近湿度的数据。另外，一个或多个加热器可以在与该交叉指型换能器、该钝化和该吸附剂材料所定位的压电衬底一侧相反的压电衬底的一侧形成。该加热器最好可以从诸如铂的材料配置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
实施例一般涉及检测器件、系统和方法。实施例还涉及声波传感器，诸如，例如，表面声波(SAW)和体声波(BAW)器件和传感器。实施例还涉及湿度和凝聚检测应用。
技术介绍
声波传感器在若干检测应用中，诸如，例如，温度、压力、湿度和/或气体检测器件和系统中利用。声波传感器的示例包括诸如声波传感器等器件，它可以是用来检测诸如化学药品和生物材料等物质的存在。用作传感器的声波(例如，SAW/BAW)器件，由于对表面负载的高度灵敏和它们固有的高Q值造成的低噪声，可以提供高度灵敏的检测机制。表面声波器件一般利用光刻技术制造，带有放置在压电材料上的梳状交叉指型换能器。表面声波器件可以有延迟线或谐振器结构。表面声波化学和/或生物学传感器的选择性一般由放置在该压电材料上的选择性涂层确定。进入该选择性涂层的待测种类的吸收和/或吸附可能对该SAW/BAW器件引起质量负载、弹性和/或黏弹性作用。由于该种类的吸收和/或吸附造成的声学特性的改变可以解释为延迟线表面声波器件的延迟时间移位或谐振器(BAW/SAW)声波器件的频移。声波检测装置往往依靠石英晶体谐振器组件，诸如适应与电子振荡器一起使用的类型的使用。在一个典型气体传感应用中，选择性薄膜(亦即，施加于该晶体的表面的)涂层中气体分子的吸收可以增大该晶体的质量，而同时降低晶体的谐振频率。厚度剪切模式(TSM)晶体单元，例如，诸如一个AT-切割单元的频率与该晶片的厚度成反比。例如，典型的5-兆赫三次泛音晶片是1百万原子层厚的数量级。分析物的吸收等效于一个原子层石英的质量，它使该频率变化大约1ppm。因此，厚度剪切模式谐振器被广泛地称作石英晶体微量天平。计算已经确定，基波的灵敏度约为三次泛音的9倍。5MHz AT-切割的TSM晶体空白，例如，大约0.33毫米厚(基波)。该电极的厚度可以，例如，在大约0.2-0.5μm。该涂层造成的频率改变一般为ΔF＝-2.3×106F2(ΔM/A)，其中ΔF的值代表该涂层造成的频率改变(Hz)，F代表石英片的频率(Hz)，ΔM代表淀积涂层的质量(g)，而数值A代表涂层面积(cm2)。诸如，例如，石英晶体谐振器、表面声波器件和石英晶体微量天平器件等涂有选择性吸附剂薄膜的声学传感器对湿度、气体和化学检测应用具有引力，因为它们具有高的灵敏度、选择性和耐久性。所实现的检测机制取决于涂层压电晶体曝露于湿度、气体等时的物理化学和电气时的特性变化。测量结果一般作为利用涂层晶体作为反馈元件的闭环振荡器的输出频率获得。当该传感器曝露于分析物时，该薄膜吸附分析物，并测量相应的频移作为任何物理化学和电气变化的结果。影响涂层特性的因素包括涂层密度、涂层模量、衬底润湿、涂层形态学、电导率、电容和介电常数。涂层材料的选择、涂层结构和涂敷技术都影响传感器的响应。薄膜淀积用的传统技术极其多种多样，取决于涂层材料和衬底的特性。对于大部分无机和复合材料，这样的技术的示例包括CVD(化学气相淀积)、PVD和溶胶-凝胶。对于聚合物材料，往往推荐从聚合物的挥发性溶剂溶液的自组合浸渍方法、铸造、喷涂和/或自旋涂敷。基于这些传统技术的配置一般确定声波传感器的特性。涂敷方法对于传感器的可重复性也是重要的。因为它们的寿命相对较短，这样的传感器的更换往往比那些基于金属氧化物的更频繁。当更换传感器时，它们丢失它们以前学习的气味的记忆。换句话说，这样的器件的响应曲线改变了，于是更换的传感器必须重新训练和/或重新标定。由于实际原因，沸石被广泛利用作为物理吸附涂层材料。沸石是结晶的碱元素或碱土元素(例如，锂、钠、钾、镁、钙、钡)铝硅酸盐，带有基于AlO4和SO4四面体宽阔的3维网络框架。这些四面体装配入辅助的多面体构件，诸如立方体、八面和六面棱柱体。最后的沸石结构由二次构件装配入规则的3维结晶框架内而构成。每个铝原子，例如，都具有(-1)的电荷，而这会在该网络内引起阴电荷。为了平衡该电荷需要阳离子，并占用非框架位置。一般该框架是由互联的笼子和/或沟道组成的。基本上是“空”的笼子和/或沟道的这些器件或系统提供良好吸附剂所需的高的储存能力。沸石吸附剂的特征在于它们均匀的晶体内开孔尺寸。尺寸均匀的开孔使根据尺寸的分子辨别(例如，空间分离)成为可能。大于可以扩散进入该晶体的最大尺寸的分子被排除。吸附能力和选择性可能显著地受所使用的阳离子类型和离子交换的范围影响。在气体分离用的沸石的优化中，该修改类型是重要的。均匀的孔结构、开孔尺寸容易改变、优异的热学和液热稳定性、低分压下高的吸附能力和适度的成本使沸石在许多分离应用中得到广泛使用。例如，一种涂有选择性吸附剂薄膜的石英晶体微量天平化学传感器可以是利用来选择性检测CO。该薄涂层包括固态无孔无机基体和包含在无机基体内的多孔沸石晶体，沸石晶体的孔选择性地吸附尺寸小于预选大小的化学个体。该基体可以选自溶胶-凝胶衍生的玻璃、聚合物和粘土一组。修改沸石晶体的孔，使之呈Lewis或Bronsted酸性或碱性，并能够通过金属离子的存在提供沸石内的络合物形成。该膜可以从包含沸石晶体的氧化铝、硼-铝-硅酸盐、钽、水解二乙氧基二苯基硅烷或硅烷橡胶基体配置。该无机基体的厚度一般为0.001-10μm，而沸石晶体孔的直径约为0.25-1.2nm。单层沸石晶体涂层从无定形SiO2基体突出。聚合物可以定义为由大量的称为单体的重复单元构成的化合物。这些单体由共价键结合在一起形成长链。聚合度定义为该链中重复单元的数目。聚合物的特性取决于聚合物链的总尺寸和把该聚合物保持在一起的分子间和分子内的力。一般，感兴趣的聚合物特性表征为扩散/渗透特性或机械特性。当一个种类扩散进入聚合物膜产生一个简单的质量负荷时，扩散/渗透特性的测量值是直接的。用作传感器涂层的聚合物是丁基橡胶、纤维素聚合物、聚硅氧烷、聚苯胺和聚乙烯等。聚合物，具体地说，橡胶状的无定形聚合物作为化学敏感传感器涂层有几个固有的优点。它们可以通过溶剂铸造或喷涂淀积成厚度相当均匀的薄的粘附的连续薄膜。它们是非挥发性的和均匀的成份，而它们的化学和物理特性在某种程度上可以通过合理选择单体和合成程序修改。玻璃的转变温度Tg是聚合物从玻璃态变为橡胶态时的温度。高于Tg，渗透性完全受扩散力控制，而吸附迅速和可逆地进行。橡胶状无定形聚合物的再一个优点是它们的吸附等温线在渗透浓度的相对较大的范围内往往是线性的。但是，聚合物，诸如用于大部分湿度传感器的聚丙亚胺膜的缺点之一是反复加热可能使该聚合物或聚丙亚胺膜由于热膨胀系数一般与衬底和吸收不匹配而分层。因此，加热可能使聚丙亚胺膜引起不可逆的改变。在高凝聚应用(例如，燃料电池)中，依赖于聚合物或聚丙亚胺膜的传感器无法符合这些要求。
技术实现思路
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技术实现思路
以便于理解本专利技术特有的一些创新特征，而不是想要作一完全的描述。通过作为一个整体阅读整个说明书、权利要求书、附图和摘要，将可以取得本专利技术不同方面的完全理解。因此，本专利技术的一个方面是提供改进的传感器方法和系统。本专利技术的另一个方面是提供改进的声波传感器方法和系统。本专利技术的再一个方面是要提供一种改进的多模式表面声波(SAW)或体声波(BAW)检测系统。本专利技术还有一个方面是提供改进的湿度和/或凝聚传感器。现在本文描述的内容能达到本专利技术的上述各个方面及其他目标和优点。公开本文档来自技高网...
【技术保护点】
所要求的唯一的特性或权利的本专利技术的实施例定义如下。因而，描述了本专利技术权利要求书：一种声波传感器设备，包括：压电衬底，其上具有表面；至少一个交叉指型换能器和钝化层，在所述压电衬底上形成；和在所述钝化层上形成的吸附剂材料，其中所述至少一个交叉指型换能器响应越过所述压电衬底的所述表面传播的多个声波，提供指示所述压电衬底、所述钝化层以及所述至少一个交叉指型换能器附近的湿度的数据。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：JZ刘，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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