[发明专利]传感器元件及其制备方法和包括所述传感器元件的传感器装置

说明书

背景技术

检测化学蒸汽，尤其是挥发性有机化合物(VOC)的能力在包括环境监测等的许多应用中是重要的。这种对有机蒸汽的检测和/或监测尤其可用于(例如)所谓的“使用寿命结束指示器”中，该指示器是个人防护设备(例如呼吸器)所需的。

已经开发出许多用于检测化学被分析物的方法，包括例如光学、重量分析和微电子机械(MEMS)方法。具体地讲，已经开发出监测电气特性(例如电容、阻抗、电阻等)的传感器。这类传感器常常依赖于被分析物被吸附到材料上或吸收到其中时材料电气特性发生的变化。

在一个蒸汽传感器设计中，一层固有微孔性聚合物(PIM)被夹在保持在偏压的蒸汽不可渗透的电极之间，从而形成电容器。PIM在分子水平包络不足，因此易于被有机小分子渗透。随着有机蒸汽在PIM层中积聚(例如，通过吸收和/或吸附)，它们积聚在孔中，并且电极之间的材料的介电常数增大，导致可被测量到的电容的变化。然而，如果电极是有机蒸汽不可渗透的，则可发生蒸汽吸收的PIM层的暴露表面可为有限的。

为了克服这个问题，使用了具有贯穿其中的开口的不连续电极和插指电极构形。然而，仍然希望具有适用于传感器装置中的以良好灵敏度快速检测有机蒸汽的传感器元件。

发明内容

在本发明的一个方面，本发明提供了一种传感器元件，其包括：

第一导电电极，所述第一导电电极具有与之电连接的第一导电构件；

包括固有微孔性聚合物的吸收性电介质层；和

第二导电电极，所述第二导电电极具有与之电连接的第二导电构件，其中所述第二导电电极包括至少一种贵金属，其中所述第二导电电极的厚度为4至10纳米并且对至少一种有机蒸汽而言为可渗透的，并且所述吸收性电介质层至少部分地设置在所述第一导电电极和所述第二导电电极之间。

在另一方面，本发明提供了一种方法，其包括以下步骤：

将包括固有微孔性聚合物的吸收性电介质层设置在第一导电电极上；和

通过热汽相沉积将包括至少一种贵金属的第二导电电极设置在所述吸收性电介质层上，其中在所述热汽相沉积完成之后，所述第二导电电极的厚度为4至10纳米，其中所述第二导电电极对至少一种有机蒸汽而言为可渗透的，其中所述吸收性电介质层至少部分地设置在所述第一导电电极和所述第二导电电极之间。

所述方法可还包括：在第一导电电极上设置第一导电构件；以及在第二导电电极上设置第二导电构件。

有利的是，根据本发明的传感器元件包括允许有机蒸汽弥漫穿过的多孔电极，从而与不可渗透的电极相比，增大了传感器的灵敏度。利用不使用溶剂的根据本发明的热汽相沉积处理实现半透电极的制备。

根据本发明的传感器元件是有用的；例如，用于制备传感器装置。

因此，在另一方面，本发明提供了一种传感器装置，其包括：

传感器室，所述传感器室具有入口开口，

具有电容的传感器元件，所述传感器元件设置在所述传感器室中，并与所述入口开口流体连通，其中所述传感器元件包括：

第一导电电极，所述第一导电电极具有与之电连接的第一导电构件；

包括固有微孔性聚合物的吸收性电介质层；和

第二导电电极，所述第二导电电极具有与之电连接的第二导电构件，其中所述第二导电电极包括至少一种贵金属，其中所述第二导电电极的厚度为4至10纳米并且对至少一种有机蒸汽而言为可渗透的，并且所述吸收性电介质层至少部分地设置在所述第一导电电极和所述第二导电电极之间；

操作电路，所述操作电路与所述传感器元件电气连通，

这样，如果传感器元件连接至电能源，则所述操作电路测量所述传感器元件的电容。

如本文所用：

除非另外指明，否则术语“贵金属”指金属形式的选自：钌、铑、钯、锇、铱、铂和金的金属；

术语“有机化合物”指包括碳和氢原子的化合物；和

当关于一层材料时，术语“可渗透的”意指在其中存在所述层的一区域内，所述层是充分多孔的，从而至少一种有机化合物可非反应性地渗透穿过其厚度(例如，在25℃时)。

上述方面和实施例能够以其任何组合来实施，除非根据本发明的教示，清楚地表明此类组合是错误的。在考虑具体实施方式以及所附权利要求书之后，将进一步理解本发明的特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明的示例性传感器元件100的示意性侧视图；