本申请涉及化学传感器装置，它包括底物（１），在底物上形成的传感器介质（３），这种传感器介质包含一维纳米颗粒，其中这种一维纳米颗粒主要是由半导体Ａ↓［ｘ］Ｂ↓［ｙ］型化合物例如Ｖ↓［２］Ｏ↓［５］所组成的；还包括检测方法（２），用来检测传感器介质的物理性质、例如导电性的变化。传感器介质的多孔性支持快速地使分析物接近敏感材料，从而使传感器有快速的应答。传感器的选择性和灵敏度可以通过用不同掺杂剂掺杂一维纳米尺寸材料或改变掺杂剂浓度的方法来调整。传感器装置对于分析物、优选一种胺的灵敏度，可通过增加试样的相对湿度到至少５％而得到增加。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种化学传感器装置，涉及获得这种化学传感器装置的方法，以及用所说的化学传感器装置检测分析物的方法。近年来进行过许多努力，来开发能够模仿气味或味道感觉的装置。这类通常分别被称为电子鼻和电子舌的装置，能很好地适宜于范围宽广的应用，诸如娱乐机器人、鉴定系统、质量控制系统、环境监测系统以及医学诊断等。然而迄今为止只有数目有限的电子鼻装置面市。虽然这些装置能够鉴别或分类一些“有气味的”试样，但必须做进一步的改进来满足上述种种应用中许多进一步应用的需要。这些应用常常需要更高的灵敏度，更高的识别能力，更快的应答，更好的稳定性和更低的功率消耗。因为这类特点很强地依赖于用于装置中的化学传感器特性，因此强烈要求改进化学传感器以满足先进的电子鼻和电子舌应用中的需要。流行的开发中的传感器原理的综述被收入J.W.Gardner and P.N.Bartlett所著的“电子鼻—原理和应用”一书第67-116页中，该书由牛津大学出版社出版，牛津，1999年(“Electronic noses -Principles and applications”)。市面上有一些气体传感器，其中有金属氧化物传感器，后者常被Tagushi传感器。它们是由一种或多种多孔形式的金属氧化物所组成的，一般还掺杂着一种金属。它们在100至600℃的升高的温度下运作以便让分析物在金属氧化物表面上燃烧，引入氧浓度的变化从而导致传导性的变化。金属氧化物传感器一般用作检测有毒或可燃气体的单一装置。它们也能被用于电子鼻的配置中，但迄今为止它们在气味辨别方面的应用大都被缺乏足够的选择性所限制。J.Kong、N.R.Franklin、C.Zhou、M.G.Chapline、S.Peng、K.Cho和K.Dai在Science，2000，287卷第622-625页描述了一种基于各别单壁碳纳米管(SWNTs)的化学传感器。在暴露于气体分子诸如NO2或NH3中时，发现半导体SWNT的电阻值在室温、在暴露于分析物分子中仅数秒钟时间即改变多达三个数量级。这种化学传感器中仅数秒钟时间即改变多达三个数量级。这种化学传感器是通过由SiO2/Si底物上的图案化催化剂岛上各别SWNTs的受控化学气相沉积生长而获得的。传感器可逆性是通过室温条件下慢慢恢复或通过加热到高温来达成的。例如NO2气流被纯Ar气流代替时，SWNT试样的传导性即慢慢恢复，典型的恢复时间在室温时约为12小时。Z.W.Pan、Z.R.Dai和Z.L.Wang在Science，2001年291卷第1947-1949页描述了通过在高温蒸发所需市售金属氧化物，来合成半导体锌、锡、铟、镉和镓的氧化物的超长带状纳米结构，即所谓纳米带的方法。这样合成的氧化物纳米带是纯净、结构均匀并且是单晶，它们大部份没有缺陷和位错。它们具有矩形横截面，其典型宽度为30至300纳米，宽度对厚度的比率为5至10，而长度则可达数毫米。已经提出将掺杂的纳米带作为纳米尺寸传感器的可能用途。V.Bondarenka、S.Grebinskij、S.Mickericius、H.Tsardauskas、Z.Martunas、V.Volkov和G.Zakharova等人，在Phys.Stat.Sol.，1998，A 169卷第289-294页研究了湿度对聚钒酸干凝胶以及基于聚钒酸的干凝胶，其中钒部份地被钼或钛所取代的电学性质的影响。薄膜试样的电导以指数函数随着湿度的增加而增加，从而使这些薄膜适合用于湿度传感器的制造。钒-金属-氧材料的薄膜是通过溶胶-凝胶工艺生产的。五氧化二钒粉末和其它组份在273°K被溶解于过氧化氢中。然后把溶液在开口的烧杯中在353°K加热一/两个小时。得到的凝胶通过筛网印花方法沉积在底物上并在空气中、在333°K烤干。所有这样获得的化合物均具有层状结构，其层间距为11.1至11.5。化合物中含水量依赖于相对湿度RH，并随着RH的增加而增加。S.Capone、R.Rella、P.Siciliano以及L.Vasanelli等人在Thin Solid Film，1999，350卷第264-268页研究了疏松材料V2O5和WO3薄膜的物理性质和气体敏感性质。氧化钒和氧化钨的气体敏感性薄膜，可通过喷镀技术制备成大约200纳米厚度。供气体试验的试样放在加热的试样架上，并被暴露于不同的气体浓度条件下。在高温时对两种材料都可观察到其电导性对温度的强的指数依赖关系。在暴露于NO气体中时可观察到薄膜电阻值的增加。基于WO3的传感器呈现出比V2O5传感器更高的灵敏度值。此外，氧化钨薄膜也能检测出亚ppm范围内这样很低浓度的NO。V2O5可用来检测高浓度的NO，可达50-500ppm。Z.A.Ansari、R.N.Kareka和R.C.Aiyer在Thin Solid Film，1997，305卷330-335页描述了使用带有各种氧化物材料覆层的平面光波导管的湿度传感器，其中有别的疏散的V2O5。平面波导管用离子交换方法被安装在碱石灰玻璃底物上。多孔的半导体氧化物薄膜被筛网印刷在波导管表面上。相对湿度(RH)从3％改变到98％。当V2O5覆层长度为3毫米、覆层厚度为25微米时，呈现的应答时间为5秒，恢复时间为30分钟。对于V2O5覆层观察到8％的滞后现象。R.Rella、P.Siciliano、A.Cricenti、R.Generosi、L.Vanzetti、M.Anderle和C.Coluzza等人在Thin Solid Films，1999，349卷第254-259页研究了松散的氧化钒薄膜的物理性质和气体一表面相互作用。氧化钒的薄膜是用r.f.活性喷镀法制备的。为评估敏感性质，把薄膜在不同气体存在的条件下试验其电学性质。在Ar-O2混合物中含有15％氧的条件下生长的薄膜呈现出最佳敏感性质，在280和300℃之间的工作温度薄内给出最大的应答。在大多数情况下，五氧化二钒是和更敏感的材料，例如WO3结合用于敏感海涂布物中的唯一的第二种组份。X.Wang、N.Miura和N.Yamazone等人在Sensors and Actuators，2000，B 66，第74-76页中报导了基于WO3的为检测NH3和NO的敏感材料。制备了载有1重量％金属氧化物的气体敏感材料。这些材料对于NH3和NO的敏感性要优于纯WO3的敏感薄膜。把五氧化二钒薄膜用作温度传感器，被Z.S.El Mandouh和M.S.Selim描述于Thin Solid Films，2000，371卷，259-263页。五氧化二钒薄膜是用无机溶胶-凝胶方法制备的。电阻的温度系数βT为2％K-1，它表明V2O5可被用作热电阻。WO98/26871公开了用过渡金属氧化物，最好是具有可变价态的氧化钒所制成的纳米管，这种纳米管呈现出氧化-还原活性并特别适宜用作催化反应的活性材料。在其实验部份描述了氧化钒纳米管的合成以及获得的纳米管的结构。WO01/44796公开了一种至少包含一种纳米管、优选碳纳米管的纳米管装置，它的终端电连接到第一和第二个导电基元。这种纳米管装置可被用作化学和生物传感器。为调节这种装置对于各种分子物种的灵敏度，可以用一种或多种敏感剂，通过涂布或装饰来对纳米管进行修饰，从本文档来自技高网...
【技术保护点】
化学传感器装置，包括一种底物，一种在底物上形成的传感器介质，该传感器介质包含一维纳米颗粒，其中该一维纳米颗粒主要是由半导体Ａ↓［ｘ］Ｂ↓［ｙ］型化合物所组成，其中半导体Ａ↓［ｘ］Ｂ↓［ｙ］化合物是选自Ⅱ－Ⅵ半导体、Ⅲ－Ⅴ－半导体、半导体金属氧化物、半导体金属硫化物、半导体金属磷化物、金属氮化物、半导体金属硒化物和半导体金属碲化物；以及检测传感器介质的物理和／或化学性质变化的手段。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：I贝斯纳德，T沃斯迈尔，A亚苏达，M博格哈德，U施莱希特，
申请(专利权)人：索尼国际欧洲股份有限公司，马克斯普朗克科学促进协会，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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