Датчики на поверхностных акустических волнах с управляемой химической селективностью для систем электронного носа и газовой хроматографии

• Автор: Земляков, Валерий Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Фрязино
• Количество страниц: 123 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В РАЗРАБОТКЕ

СИСТЕМ ДЛЯ АНАЛИЗА ГАЗОВЫХ СРЕД

1.1 .ЭЛЕКТРОННЫЙ НОСКОНЦЕПЦИЯ И

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

1.2.0СН0ВНЫЕ ТИПЫ ГАЗОВЫХ ДАТЧИКОВ.

1.3.0 ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ПАВ, НА ОСНОВЕ КОТОРЫХ СТРОЯТСЯ ГАЗОВЫЕ ДАТЧИКИ

1.4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ.

ГЛАВА 2. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ РЕШЕТКИ ДАТЧИКОВ, ОСНОВАННЫЙ НА АНИЗОТРОПИИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПАВ В МОНОКРИСТАЛЛАХ

2.1.ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПАВ И КОНФИГУРАЦИИ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ОБРАЗЦОВ ИНТЕГРАЛЬНОЙ РЕШЕТКИ.
2.2.РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНИЙ ЗАДЕРЖКИ С РАЗЛИЧНЫМИ НАПРАВЛЕНИЯМИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПАВ.
2.3.ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ИНТЕГРАЛЬНОГО ДАТЧИК А
2.4.1ИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
2.5.РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
2.6.0СНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВОГО ДАТЧИКА С
ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ.
3.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ ГАЗОВОГО ДАТЧИКА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ПЕРЕСТРАИВАЕМОЙ
СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ НА ОСНОВЕ ПАВВОЛНОВОДОВ
3.2. КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛНОВОДНОГО ПАВДАТЧИКА
3.3. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЛНОВОДНОГО ПАВДАТЧИКА
3.4. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЛНОВОДНОГО ДАТЧИКА
3.5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОВОГО ВОЛНОВОДНОГО ПАВДАТЧИКА
В КАЧЕСТВЕ ДЕТЕКТОРА ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
4.1.ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ И ПОНЯТИЯ
4.2 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.
4.3 ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Приводятся экспериментальные результаты исследования селективности отклика этого датчика на Нг, СО, N, подтверждающие изменение селективности многоканального датчика в зависимости от направления распространения ПАВ. В третьей главе обсуждается влияние электрического поля, действующего в области распространения ПЛВ в волноводе типа ДУ/У, на изменение скорости ПАВ под действием физической сорбции на поверхности волновода молекул окружающей среды. На основе этого явления предлагается еще один метод изменения селективности датчика на ПАВ. Для увеличения чувствительности и уменьшения площади датчика повышается рабочая частота и используется концентрация энергии волны в волноводной линии задержки. Отклик волноводного датчика исследуется на пробы ряда спиртов и воды. Приводятся результаты изменения селективности датчика в зависимости от приложенного напряжения для спирта и воды. В четвертой главе исследуется возможность применения волноводного ПАВ-датчика в качестве хроматографического детектора. Обсуждаются параметры хроматографического процесса, и понят»« чувствительности и пороговой чувствительности для хроматографического детектора. Приводятся результаты экспериментального исследования отклика волноводно датчика на смеси из разных спиртов вплоть до смесей пятикомпонентного состава. ПАВ-датчика в сравнении с традиционным детектором по теплопроводности. Исследуется повышение чувствительности датчика при понижении рабочей температуры и приложении напряжения к волноводной структуре. Обсуждаются пути дальнейшего снижения пороговой чувствительности, и дается оценка возможностей применения волноводного датчика в качестве хроматографического детектора. В заключении приводятся основные результаты, полученные в этой диссертации. Практическая значимость. Описанные в диссертации новые принципы создания решеток датчиков могут быть использованы как при проектировании систем электронного носа, так и при разработке детекторов для газовой хроматографии. Сенсоры, построенные на этих принципах, позволяют получить разную химическую селективность без применения специальных чувствительных покрытий, уменьшить габаритные размеры, повысить чувствительность датчика. Следует отметить также высокую технологичность сенсоров, так как их изготовление основано на современной технологии микроэлектронных устройств. Основные материалы диссертации опубликованы в работах [АПАН] список которых приведен в конце диссертации. Основные результаты диссертации докладывались на Ультразвуковом симпозиуме Международного института инженеров электротехники и электроники (ШЕЕ) (Япония г), на Международном симпозиуме по микросистемам (Нидерланды ), на Международном форуме по волновой электронике (Санкт-Петербург ), на Всероссийской конференции с международным участием “Сенсор . Биокатализ ” (Москва г), на Ультразвуковом симпозиуме Международного общества инженеров электроники (Пуэрто-Рико ). ПАВ-датчики, изготовленные на общей монокристаллической пьезоэлектрической подложке с одной, общей для всех датчиков, селективной газочувствительной пленкой, отличающиеся один от другого лишь определенным образом выбранными кристаллографическими направлениями распространения ПАВ, обладают различной химической селективностью и представляют собой интегральную решетку газовых датчиков, которая может быть эквивалентной решетке из отдельных датчиков с различными селективными пленками. Величина изменения фазовой скорости ПАВ в тонкопленочном металлическом волноводе на поверхности пьезоэлектрической подложки, вызванного сорбцией молекул летучих химических веществ на пути распространения ПАВ, зависит от величины постоянного электрического поля, действующего в приповерхностной области подложки под этим волноводом, причем эта зависимость для различных химических веществ различна. В газовых ПАВ датчиках, основанных на линиях задержки с металлическими волноводами, возможно увеличение отклика на несколько порядков величины уменьшением рабочей температуры подложки, и компенсация отклика на избранные аналиты путем приложения определенного значения электрического поля между волноводом и управляющими электродами, расположенными вдоль волновода.