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[成果]
1400520508
北京
TP2
应用技术
[工程和技术研究与试验发展, 电子器件制造]
公布年份:2013
成果简介:经过4年的研究工作,该项目圆满的完成了预定研究计划,主要工作围绕影响声表面波气体传感器灵敏度和检测下限的因素开展基础研究,包括声表面波气体传感器敏感机理、敏感膜材料与制备工艺、传感器功能结构及性能优化等的研究。主要研究进展及成果如下:1)构建了覆盖聚合物敏感膜的声表面波气体传感器响应机理模型:结合微扰理论和Martin分析方法,通过实验提取对有机磷毒剂具有良好选择性的聚合物膜(PECH与SXFA)的机械物理及力学参数,分析聚合物敏感膜膜厚、传感器工作频率以及中间金膜载体对传感器响应的影响,从而提取出了优化的传感器设计参数;分析评价了传感器的检测下限性能,并获得了试验验证。2)设计、合成和制备了针对有机膦毒剂检测具有特异选择性的敏感膜材料:通过对膜分析的链长、官能团结构进行改进和修饰,提高其对有机磷毒剂的选择性;另外,对于分子印迹膜材料的选择,根据模板分子与膜材料(如环糊精类化合物、杯芳烃等)分子可逆的键合作用,经过键合、成膜、除去模板分子过程,在检测金膜的表面形成了对待测分子有识别能力的三维孔穴结构,进而达到分子印迹的目的,提高检测有机膦类毒剂的准确度。在该项目中,针对不同膜材料采用了两种成膜方法:一种是以巯基类化合物自组装的方法;另外一种对苯胺类膜材料,以电化学聚合的方法在SAW延迟线上制备分子印迹薄膜方法。此外,还采用了传统旋涂以及溶剂挥发法等成膜方法。3)完成了声表面波气体传感器传感功能结构的优化设计:将一种单向单相换能器(SPUDT)和梳状结构应用于延迟线器件设计之中以降低器件损耗和改善振荡器频率稳定性。基于经典层状介质理论并结合变分原理,获得压电效应和力学负载效应对于电极反射系数的贡献,从而提取出SPUDT结构关键设计参数。继而研制出一种采用铝/金电极并具有低损耗和单一振荡模式特点的声表面波延迟线。以该延迟线为频率控制元,所研制的声表面波振荡器通过采用调相使得振荡频率工作在器件最低损耗对应频点,获得了较好的中期频率稳定性(0.1ppm的量级)。4)传感器阵列研究:研制了采用六通道的传感器阵列,其中五个通道分别镀上针对有机磷毒剂不同种类气体具有选择性的敏感膜材料,即PECH、SXFA以及分子印迹与自组装聚合物材料。该阵列样机的检测灵敏度及检测下限等性能指标已经达到了国外同类产品的先进水平。