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应用航天航空的化学传感器

发布时间: 2013-07-15 22:00:26     来源: EDA中国

应用航天航空的化学传感器
 微机电系统(MEMS)技术的出现对于化学传感器技术的发展及应用是十分重要的,尤其在于那些包括在恶劣环境下操作或者有安全隐患方面。正如将要在如下论述的那样,化学微传感器可以提供特有的信息方式,它能够在降低系统或者过程成本的同时,大幅度提高安全性和可靠性。这样的信息方式也可以被应用于提高系统性能和降低环境的影响。化学传感器的数据也可以对物理测量,如温度、压力、热通量等,进行测量,更可以全面地改善系统,进而扩充其性能。
    然而,即使是传统的微米尺寸化学传感器技术的应用也存在着一定问题的。化学传感器通常需要特别的设计或者定制,才可以在一个结定的环境下进行操作。最常见的例子莫过于.一个符合某种应用要求的化学传感器在另一种应用要求下却不能提供足够的功能。环境要求越多、需求越专一,就越是需要去修改现有化学传感器技术以迎合这些需求,或者。按照目前的需求来开发新的化学传感器技术。判断—个化学传感器能否满足应用时,会引用到相应的四个基本参数:灵敏度、选择性、响应时间和稳定性。灵敏度是指传感器对于所需化学种类在砌惑范围内的探测能力。选择性是指传感器在存在妨碍气体环境下对敏感种类的探测能力,这同时也可以产生一个传感反应。反应时间是指当化学环境有所改变的时候,传感器给出一个意图信号(通常被定义为稳态信号的90%)所消耗的时间。最后,稳定性是指传感器随时间在给定环境变化里的基线和反应的程度简单地说,对于微化学传感系统和宏观化学传感系统,都需要—个可以在给定环境中准确测定敏感种类的传感器,要求它在应用中具有足够强烈和快速的反应特性,而这些反应在其设计的工作寿命范围内不允许有较大的漂移,从应用的角度讲.找到一种可以提供所需求的灵敏度、选择性、响应时间和稳定性的合适的传感器材料通常是很困难的。
    化学传感器的微加工所涉及的方面,远远不只是把一个普通尺度的传感器缩小这么简单。整个过程需要生产一种可作为可视的体颗粒传感材料,以便能够在需要进行小型化系统部分材料时进行制备。比如,一个可视的体颗粒化学传感器可以由粉末作为最初的原料.被置入一个颗版导线中,然后在高温下烧结,以形成最终的传感器。然而,使用相同的初始材料,将材料置人衬底以形成更小或者更微观的传感器,通常都不具备可行性。确切地说,传感器材料的薄膜或者厚膜必须可以自淀积到衬底上,作为最低限度,还必须兼容传感器以及可以实现与外界的连接。下面的带有传感器膜的衬底,在典型的颗粒传感材料的烧结小不会被留下来。
    此外,对于具有表面传感性能的许多化学传感器,小型化的影响会非常巨大,而且会对传感器敏感性和反应时间方面带来重大改变。这些影响的一部分原因在于,传感器薄膜通常内溅射之类的工艺制得,工艺对材料特性的影响更大。薄膜材料的“表面—体积”比率的结果要大于体材料,因此,对体传感器影响程度很小的表面效应,却会对簿膜传感器带来很大的影响。这些情形会极大地影响伤惑器的反应。比如,当暴露在高温环境小的时候,氧化物会出现在传感器的表面。在体材料中,这些氧化物仅占传感器体积的很小部分,而在薄膜材料里,同样厚度的氧化物却占有传感器体积的相当大部分。如果传感器的检测装置依靠体传导,这些氧化物就会通过改变传感器体积特性从而严重影响到传感器的反应。另外,薄膜传感器上的应力可以降低传感器的反应或者严重损害传感器的结构,而这在体材料上只会转变为较小的影响。因此,必须克服传感器技术小型化过程中出现的这些新技术挑战。
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