CN103477217B - 包含校准信息的电子器件及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了生成用于与吸收性电容式蒸汽传感器一起使用和用于校准所述吸收性电容式蒸汽传感器的基准相关性的方法。本发明还公开了一种包含所述基准相关性的电子制品及其使用方法。

Description

包含校准信息的电子器件及其使用方法
背景技术
在许多应用领域中均要监测蒸汽的存在及其在空气中的浓度。已开发出多种用于检测蒸汽（例如，挥发性有机物(VOC)）的方法，包括例如光致电离、气相色谱法、重量分析技术、光谱技术（例如，质谱测定法、荧光光谱法）和吸收传感技术。
在一种吸收性电容式传感器中，两个通常平行（其中至少一者是多孔的）或交错的导电电极通过待分析蒸汽（即，被分析物蒸汽）可在扩散到其中的电介质微孔材料层进行分隔。随着吸收到电介质微孔材料中的蒸汽量增加，电介质微孔材料的介电性能发生变化（通常为非线性变化）。如本文所用，术语“吸收”是指材料逐渐沉积在电介质微孔材料内，无论其是仅吸收到孔壁或是溶解到主体电介质微孔材料中。
吸收性电容式传感器的响应通常取决于传感器参数，诸如（例如）电介质微孔材料层的孔隙度和厚度和/或电极面积，其可在制造公差内发生一定程度的变化。将传感器的所测电容与实际的被分析物蒸汽浓度准确关联需要克服这样的问题，即，需要高成本的复杂制造方法和/或对各个传感器的耗时费力的校准。
测量单一被分析物蒸汽浓度下电容式传感器的灵敏度通常通过以下操作实现：将传感器置于可控气氛室中，引入所需含量的所需被分析物蒸汽，然后测量传感器的电容。将此过程在不同浓度下重复多次，以针对具体电容式传感器生成校准曲线。一旦生成校准曲线，就可根据校准曲线容易地将使用传感器在未知被分析物蒸汽含量下的电容测量值与独特浓度关联。对电容式传感器旨在使用的每种溶剂重复该工序。
因此，为了确保此类传感器将按照预期起作用，可能有必要的是在制造运行期间针对数百个或数千个传感器样品生成被分析物蒸汽的校准曲线，或由于落在极窄的制造公差之外而淘汰大量传感器，从而确保传感器在销售之前的正确校准。
发明内容
目前发现，对于上述类型的吸收性电容式传感器，在固定浓度的第一蒸汽下获得的第一实际电容（C1）与使用固定浓度的第二蒸汽获得的第二实际电容（C2）的比率（即，C1/C2）对于类似设计的电容式传感器是基本上恒定的：例如，根据制造方法制备的电容式传感器。根据此意外的发现，本发明人已开发出一种方法，其用于校准此类电容式传感器并将其用于与常规方法相比大幅减少了精力和花费的领域中。该方法可生成可与电子器件一起并入的校准库，这些电子器件包括此类吸收性电容式传感器元件或适于结合此类吸收性电容式传感器元件使用。
因此，在一个实施方式中，本发明提供一种生成基准库的方法，该方法包括以下步骤：
a）测量在标准温度下暴露于已知浓度（Y）的第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容（Cref），其中基准电容式传感器元件包括设置在第一和第二导电电极之间并且与二者接触的电介质微孔材料层，并且其中被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到电介质微孔材料的孔内；
b）测量在标准温度下缺乏第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的基线电容（Cref基线）；
c）确定实际基准电容Cref实际，其中
Cref实际=Cref-Cref基线；
d）测量暴露于已知浓度的第二被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容（Cn2）；
e）确定相对基准电容（Cn2ref），其中
Cn2ref=(Cn2-Cref基线)/Cref实际；
f）在至少两种另外不同浓度的第二被分析物蒸汽下重复步骤d）和e）；
g）确定Cn2ref与第二被分析物蒸汽的浓度之间的第一基准相关性；和
h）将第一基准相关性记录到计算机可读介质上。
在一些实施例中，该方法还包括：
i）测量暴露于已知浓度的第三被分析物蒸汽时的基准电容式传感元件的电容（Cn3）；
j）确定Cn3ref，其中Cn3ref=(Cn3–Cref基线)/Cref实际；
k）在至少两种另外不同浓度的第三被分析物蒸汽下重复步骤i）和j）；
l）确定Cn3ref与第三被分析物蒸汽的浓度之间的第二基准相关性；和
m）将第二基准相关性记录到计算机可读介质上。基准库可用于（例如）电子蒸汽传感器的制造应用中。因此，在另一方面，本发明提供一种电子器件，其包括具有其上存储的信息的计算机可读介质，该信息包括可根据本发明的方法制备的基准库。
在一些实施例中，该电子器件还包括：
适于对至少集成电容式传感器元件供电的操作电路，其中集成电容式传感器元件与基准电容式传感器元件的构造基本上相同；
与操作电路电连通的检测模块，其中检测模块适于接收来自集成电容式传感器元件的电信号；
可通信地连接到检测模块和计算机可读介质的处理器模块，其中处理器模块适于：
获得暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的集成电容式传感器元件的电容（Cunk），对于该指定被分析物蒸汽而言，相应的基准相关性存在于校准库中；
获得集成电容式传感器元件的基线电容（Cint基线）；
获得相对电容Cunkrel=(Cunk-Cint基线)/Rconv，其中Rconv可通过如下方法获得，该方法包括：
将集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物，其中集成传感器元件包括设置在两个电极之间并且与二者接触的微孔材料层，并且其中第二被分析物的至少一部分被吸收到微孔材料的孔内；
测量在集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第一电容（Cintmeas1）；
测量在集成传感器元件暴露于已知第二蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第二电容（Cintmeas2）；
获得差值（ΔCintmeas），其中
ΔCintmeas=|Cintmeas1–Cintmeas2|；
获得第一蒸汽浓度的第二被分析物下的基准传感器元件的第一相对基准电容（Cn2ref1）与第二蒸汽浓度的被分析物下的基准传感器元件的第二相对基准电容（Cn2ref2）之间的差值（ΔCn2ref），其中ΔCn2ref=|Cn2ref1-Cn2ref2|；和
按照ΔCintmeas/ΔCn2ref计算Rconv；
将Cunkrel与基准库中的相应基准相关性进行比较并获得被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将实际浓度记录到计算机可读介质上；或
将实际浓度传送至显示构件；和
可通信地连接到显示构件和处理器模块的通信接口模块，
其中操作电路将电能提供给至少检测模块、处理器模块、显示构件和通信接口模块。
在一些实施例中，操作电路与适于加热集成电容式传感器元件的加热元件电连通。
在一些实施例中，电子器件还包括与操作电路电连通的集成电容式传感器元件，其中集成电容式传感器元件与基准电容式传感器元件的构造相同。
在另一方面，本发明提供一种制备校准的电子传感器的方法，该方法包括：
提供包括集成电容式传感器元件的电子器件，该集成电容式传感器元件根据本发明与操作电路电连通；
获得集成电容式传感器元件的基线电容（Cint基线）；
通过如下方法获得Rconv，该方法包括：
将集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物，其中集成传感器元件包括设置在两个电极之间并且与二者接触的微孔材料层，并且其中第二被分析物的至少一部分被吸收到微孔材料的孔内；
测量在集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第一电容（Cintmeas1）；
测量在集成传感器元件暴露于已知第二蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第二电容（Cintmeas2）；
获得差值（ΔCintmeas），其中
ΔCintmeas=|Cintmeas1–Cintmeas2|；
获得第一蒸汽浓度的第二被分析物下的基准传感器元件的第一相对基准电容（Cn2ref1）与第二蒸汽浓度的被分析物下的基准传感器元件的第二相对基准电容（Cn2ref2）之间的差值（ΔCn2ref），其中ΔCn2ref=|Cn2ref1-Cn2ref2|；
按照ΔCintmeas/ΔCn2ref计算Rconv；和
将Rconv和Cint基线存储在电子器件上以提供校准的电子传感器。
在另一方面，本发明提供一种根据本发明制备的校准的电子传感器。
在另一方面，本发明提供一种使用校准的电子传感器的方法，该方法包括：
提供根据本发明的校准的电子传感器；
测量在标准温度下暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的集成电容式传感器元件的电容（Cunk）；
获得相对电容Cunkrel=(Cunk-Cint基线)/Rconv；
将Cunkrel与基准库中的相应基准相关性进行比较并获得被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将被分析物蒸汽的实际浓度记录到计算机可读介质上；或
将被分析物蒸汽的实际浓度传送至显示构件。
目前发现，在一些情况下（例如，其中电容式传感器元件彼此之间具有高可重复性的情况），实际电容与传感器元件的基线电容的比率是基本上恒定的。
因此，在第二个实施方式中，本发明提供一种生成基准库的方法，该方法包括以下步骤：
a）测量在标准温度下暴露于已知浓度（Y）的第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容（Cn1），其中基准电容式传感器元件包括设置在第一和第二导电电极之间并且与二者接触的电介质微孔材料层，并且其中被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到电介质微孔材料的孔内；
b）测量在标准温度下缺乏第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的基线电容（Cref基线）；
c）确定相对基准电容（Cn1ref），其中
Cn1ref=(Cn1-Cref基线)/Cref基线；
d）在至少两种另外不同浓度的第一被分析物蒸汽下重复步骤a）和c）；
e）确定Cn1ref与第一被分析物蒸汽的浓度之间的第一基准相关性；和
f）将第一基准相关性记录到计算机可读介质上。
在一些实施例中，上述方法还包括：
g）测量暴露于已知浓度的第二被分析物蒸汽时的基准电容式传感元件的电容（Cn2）；
h）确定Cn2ref，其中Cn2ref=(Cn2–Cref基线)/Cref基线；
i）在至少两种另外不同浓度的第二被分析物蒸汽下重复步骤g）和h）；
j）确定第二基准相关性，其中第二基准相关性包括Cn2ref与第二被分析物蒸汽的浓度之间的数学或图形相关性；和
k）将第二基准相关性记录到计算机可读介质上。
在另一方面，本发明提供一种电子器件，其包括具有其上存储的信息的计算机可读介质，该信息包括根据本发明的方法制备的基准库。
在一些实施例中，该电子器件还包括：
适于对至少集成电容式传感器元件供电的操作电路，其中集成电容式传感器元件与基准电容式传感器元件的构造基本上相同；
与操作电路电连通的检测模块，其中检测模块适于接收来自集成电容式传感器元件的电信号；
可通信地连接到检测模块和计算机可读介质的处理器模块，其中处理器模块适于：
获得暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的集成电容式传感器元件的电容（Cunk），对于该指定被分析物蒸汽而言，相应的基准相关性存在于校准库中；
获得集成电容式传感器元件的基线电容（Cint基线）；
获得相对电容(Cunkrel)=(Cunk-Cint基线)/Cint基线；
将Cunkrel与基准库中的相应基准相关性进行比较并获得被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将实际浓度记录到计算机可读介质上；或
将实际浓度传送至显示构件；和
可通信地连接到显示构件和处理器模块的通信接口模块，
其中操作电路将电能提供给至少检测模块、处理器模块、显示构件和通信接口模块。
在一些实施例中，电子器件还包括与操作电路电连通的集成电容式传感器元件，其中集成电容式传感器元件与基准电容式传感器元件的构造相同。
在另一方面，本发明提供一种制备校准的电子传感器的方法，该方法包括：
提供根据本发明的电子器件；
通过如下方法获得集成电容式传感器元件的基线电容（Cint基线），该方法包括：
将集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第一被分析物，其中集成传感器元件包括设置在两个电极之间并且与二者接触的微孔材料层，并且其中第二被分析物的至少一部分被吸收到微孔材料的孔内；
测量在集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第一电容（Cintmeas1）；
获得第一蒸汽浓度的第一被分析物下的基准传感器元件的第一相对基准电容（Cn1ref1）；
按照Cintmeas1/(1+Cn1ref1)计算Cint基线；和
将Cint基线存储在电子器件上以提供校准的电子传感器。
在又一方面，本发明提供一种根据本发明制备的校准的电子传感器。
在又一方面，本发明提供一种使用校准的电子传感器的方法，该方法包括：
提供根据本发明的校准的电子传感器；
测量在标准温度下暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的集成电容式传感器元件的电容（Cunk）；
获得相对电容(Cunkrel)=(Cunk-Cint基线)/Cint基线；
将Cunkrel与基准库中的相应基准相关性进行比较并获得被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将被分析物蒸汽的实际浓度记录到计算机可读介质上；或
将被分析物蒸汽的实际浓度传送至显示构件。
有利地，本发明对在制造期间或由最终使用者校准吸收性电容式传感器所需的时间和精力方面提供了显著的改善。此外，根据本发明可容易地实现湿度校正。
由于吸收层的孔隙度、电极面积和吸收层厚度未显著地涉及使用根据本发明的技术将电容转化成浓度，因此不需要复杂的制造方法来非常精确地控制这些参数。例如，根据本发明，不必非常均匀地涂布吸收层。另外，电极面积不必特别一致，这允许所用制造方法更加灵活。
本发明（包括权利要求书）的方法中提及的步骤可以任何合适顺序实施，除非另外指明。
在本文中：
术语“基线电容”是指在相同条件下在缺乏被分析物蒸汽的情况下将观察到的电容；
与材料层相关的术语“可渗透的”意指在其中存在所述层的区域内，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℃下）；
术语“基准相关性”是指电容值与被分析物的浓度两者之间的相关性，该相关性可为例如数学相关性、表格相关性和/或图形相关性；和
术语“实际电容”是指观察到的电容减去基线电容。
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1A为16个传感器暴露于100ppm的MEK蒸汽和暴露于25ppm的甲苯蒸气时的实际电容的图线。
图1B为16个传感器暴露于25重量份每一百万份（ppm）甲苯蒸气时的实际电容除以传感器暴露于25ppm的甲乙酮(MEK)蒸汽时的实际电容的图线。
图2示出相对电容相对于各种有机蒸汽的被分析物浓度的图线。
图3A为根据本发明的一示例性电子器件300的示意性平面图；和
图3B为图3A中所示集成电容式传感器元件310的放大剖视示意图。
在所有情况下，对本发明进行示例性而非限制性地展示。应当理解，本领域的技术人员可以设计出大量其他修改形式和实施例，这些修改形式和实施例也在本发明的原理的范围和精神内。
具体实施方式
本发明中提及的电容式传感器元件包括设置在第一和第二导电电极之间并且与二者接触的电介质微孔材料层。被分析物蒸汽被吸收到电介质微孔材料中，导致电介质微孔材料层的介电常数发生变化，从而导致传感器元件的电容发生变化。
现参见图3B，一示例性的此电容式传感器元件310包括设置在（例如，被夹在）第一和第二导电电极316、314之间并且接触这二者的吸收性本质多孔材料层312。第一导电电极316设置在任选的介电基板318上。在图3B中所示的实施例中，至少第二电极314可被传感器元件旨在与其一起使用的被分析物蒸汽渗透。例如，在如图3B中所示的构造中，第二电极有利地是多孔的（包括微孔的）以有利于被吸收性本质多孔材料吸收。
在一替代构造中，第一和第二电极可并列设置在介电基板的表面上（例如，在单个平面内），由吸收性本质多孔材料分隔。在此实施例中，被分析物蒸汽可能不会渗透第二导电电极。在此情况下，可使用适于用作第一导电电极的材料来制造第二导电电极。
电介质微孔材料可为微孔的并且其内部能够吸收至少一种被分析物的任何材料。在上下文中，术语“微孔”和“微孔性”意指材料具有大量内部的互连的孔体积，并且平均孔尺寸（例如用吸附等温线方法表征）小于约100纳米（nm），通常小于约10nm。这种微孔性使得有机被分析物的分子（如果存在）将能够渗透材料的内部孔隙体积，并且留在内部孔隙中。内部孔中这种被分析物的存在可以改变材料的介电性质，使得介电常数（或任何其它合适的电气特性）的变化可被观测。在一些实施例中，电介质微孔材料包括所谓的自具微孔聚合物(PIM)。由于聚合物链的低效堆砌，PIM为具有纳米级孔的聚合物材料。例如，在Budd等人的ChemicalCommunications（化学通讯）,2004,（2）第230-231页中报道一系列本质微孔材料，其在刚性和/或扭曲的单体结构单元之间包含二苯并二噁烷键。这组聚合物中的代表性成员包括如根据方案1的表1（如下）中所示的由组分A（例如A1、A2或A3）与组分B（例如B1、B2或B3）的缩合所生成的那些。
方案1
表1
另外适合的组分A和B以及所得本质微孔聚合物是本领域中已知的，例如以下文献中所报道：Budd等人的JournalofMaterialsChemistry（材料化学杂志）,2005，第15卷，第1977–1986页；McKeown等人的Chemistry,AEuropeanJournal（欧洲化学杂志）,2005，第11卷，第2610–2620页；Ghanem等人的Macromolecules（大分子）,2008，第41卷，第1640-1646页；Ghanem等人的AdvancedMaterials（先进材料）,2008，第20卷，第2766-2771页；Carta等人的OrganicLetters（有机化学通讯）,2008，第10（13）卷，第2641-2643页；PCT已公布的专利申请WO2005/012397A2（McKeown等人）；和美国专利申请公开No.2006/0246273（McKeown等人），其公开内容以引用方式并入本文中。可以例如通过逐步生长聚合来合成此类聚合物，在逐步生长聚合中，在碱性条件下允许诸如A1（5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺双茚满）的双儿茶酚与诸如B1（四氟对苯二腈）的氟化芳烃发生反应。由于所得聚合物骨架的刚性和扭曲的本性的原因，这些聚合物在固态时无法紧密充填，因而具有至少10%的自由体积并且是本质微孔的。
PIM可以与其他材料混合。例如，PIM可以与本身不是吸收性电介质材料的材料混合。尽管不会增强被分析物响应度，但这种材料可以有其他用途。例如，这种材料可以允许形成具有优异的机械性能或类似性能的含PIM层。在一个实施例中，PIM可以和其它材料溶解于通用溶剂中以形成均匀的溶液，可以浇注该溶液以形成包含PIM和所述其它聚合物二者的吸收性电介质共混物层。PIM也可与作为吸收性电介质材料的材料（例如，沸石、活性炭、硅胶、超高交联聚合物网等）共混。这种材料可以包含悬浮在含有PIM材料的溶液中的不溶解的材料。涂布并干燥这种溶液/悬浮液可提供包括PIM材料和所述额外的吸收性电介质材料二者的复合吸收性电介质层。
PIM通常可溶于有机溶剂，例如四氢呋喃，并且因此可以由溶液浇注成膜（例如通过旋涂、浸涂或刮棒涂布）。然而，由这些聚合物的溶液制备的膜的特性（可以达成的厚度、光学清晰度和/或外观）可显著地改变，这取决于浇注膜所用的溶剂或溶剂体系。例如，可能需要用相对而言不寻常的溶剂（例如环氧环己烷、氯苯或四氢吡喃）来浇注较高分子量的本质微孔聚合物，以生成用于本文中描述的光化学传感器的具有理想性质的膜。除了溶液涂布方法之外，可通过任何其他合适的方法将检测层涂布到第一导电电极上。
在PIM材料被沉积（如被涂布）或以其他方式形成以便包括吸收性电介质层之后，使用合适的交联剂（诸如，例如双(苯甲腈)二氯化钯(II)）可将该材料交联。该工艺可以使得吸收性电介质层不溶于有机溶剂，和/或可以提高某些应用中可能期望的某些物理特性，例如，耐久性、耐磨性等。
PIM可为疏水的，使得其吸收液态水的程度不会使该材料显著地溶胀或者以其他形式在物理性质方面呈现出显著改变。这种疏水性质对于提供对水的存在相对不敏感的有机被分析物传感器元件是有用的。然而，该材料可以包含用于特定目的的相对极性部分。
在一个实施方案中，电介质微孔材料包括连续基质。这种基质被定义为组件（如涂层和/或层等），在该组件中，材料的固体部分是连续互连的（而不论是否存在上述孔隙度或是否存在下文将讨论的任选添加剂）。即，连续基质与包含粒子聚集体（如沸石、活性炭和碳纳米管）的组件是区别明显的。例如，从溶液沉积的层或涂层通常会包括连续基质（即使该涂层本身以图案化方式涂覆和/或包括颗粒添加剂）。通过粉末喷涂、涂布并干燥分散体（如胶乳），或通过涂布并干燥溶胶凝胶混合物沉积的粒子的集合可以不包含连续网。然而，如果此类胶乳或溶胶凝胶层可加固到使得单个粒子不再可识别，并且也不可能识别从不同粒子获得的组件的区域，则认为此类层为连续基质。
吸收性电介质材料可具有任何厚度，但其厚度通常在150nm至1200nm的范围内。更通常而言，吸收性电介质材料形成厚度在500nm至900nm范围内的层，但也可使用更薄和更厚的检测层。
除PIM材料之外，吸收层可含有诸如填料、抗氧化剂、光稳定剂这样的添加剂，但由于它们往往会妨碍传感器元件的正确操作，因此这些添加剂通常被最少化或不存在。可使用PIM材料的组合。
在多个实施例中，非吸收性电介质材料的材料的额外的一层或多层可设置在吸收性电介质层附近。可基于多个原因的任一个设置所述一层或多层；例如，作为保护层或作为粘结层以提高附着力。
在多个实施例中，可使用多个单独的吸收性电介质材料层。例如，可使用多个PIM材料层。作为另外一种选择，除了一层PIM材料之外，可使用一层或多层某种其它吸收性电介质材料。各个层的吸收性电介质材料可直接彼此接触；或者，也可以由用于某些其他目的的层（如钝化层、粘结层，如本文所述）隔开。
第一导电电极可包括任何合适的导电材料。可使用不同材料（导电和/或不导电）的组合，作为不同的层或作为混合物，只要具有足够的整体导电性即可，通常，第一导电电极的方块电阻小于约107欧姆/方。可用于制备第一导电电极的材料的实例包括有机材料、无机材料、金属、合金，以及包含这些材料中的任何或全部的多种混合物和复合材料。在某些实施例中，可使用涂布（例如热蒸镀、溅镀等）金属或金属氧化物，或它们的组合。合适的导电材料包括例如铝、镍、钛、锡、铟锡氧化物、金、银、铂、钯、铜、铬以及它们的组合。
第一导电电极可为使得其能够导电的任何厚度；例如，在从至少4nm至400nm或者从10nm至200nm的范围内的厚度。例如，第一导电电极可具有足以自支承的厚度（例如，在10微米至1厘米的范围内），但也可使用更大或更小的厚度。
第二导电电极可包括附加组分，只要其保持对至少一种有机被分析物而言为可渗透的。可用于制备第二导电电极的材料的实例包括有机材料、无机材料、金属、合金，以及包含这些材料中的任何或全部的多种混合物和复合材料。在某些实施例中，可使用涂布（例如热蒸镀、溅镀等）金属或金属氧化物，或它们的组合。合适的导电材料包括，例如铝、镍、钛、锡、铟锡氧化物、金、银、铂、钯、铜、铬、碳纳米管以及它们的组合。银墨涂布的多孔导电电极的细节，也可参见PCT国际公开No.WO2009/045733A2（Gryska等人）。蒸汽沉积的蒸汽可渗透导电电极的细节，也可参见美国临时专利申请No.61/388,146（Palazzotto等人），其公开内容以引用方式并入本文中。
可使用不同材料（导电和/或不导电）的组合作为不同层或作为混合物，只要具有足够的整体导电性和渗透性即可。通常，第二导电电极的方块电阻小于约107欧姆/方。
第二导电电极的厚度通常在1纳米（nm）至500nm的范围内，但可使用其它厚度。例如，在一些实施例中，第二导电电极的厚度可在1nm至200nm、1nm至100nm、1nm至10nm，或甚至1nm至5nm的范围内。较大厚度可导致不期望的低渗透性水平，而较小厚度可变得不充分导电和/或难以电连接至第二导电构件。由于第二导电电极是可渗透的，因此第一导电电极通常包括连续、不间断的层，但如果需要，其可包括开口或其它间断。
再参见图3B，任选的介电基板318可为（例如）与第一导电电极靠近并且可用于对传感器元件310提供物理强度和完整性的材料的连续块、层或膜。根据传感器元件的类型，可使用任何具有结构完整性、挠性或刚性的固体电解质材料。可使用合适的电介质材料，包括例如玻璃、陶瓷和/或塑料。在大规模生产中，可使用聚合物膜（例如聚酯或聚酰亚胺）。
可选的保护性覆盖层或阻挡层可被设置为靠近第一或第二导电电极的至少一个。例如，在一个实施例中，覆盖层可被布置在第二导电电极顶部，使得第二导电电极的一区域仍然是可触及的，以用于与第二导电构件电触点的电接触。任何这种覆盖层应该不明显妨碍传感器元件的功能。例如，如果传感器元件被构造为使得所关注的被分析物必须穿过覆盖层以到达吸收性电介质层，则覆盖层应该对被分析物而言为可充分渗透的。
关于包括PIM的吸收性电容式传感器元件的制造及其操作原理的细节，可参见（例如）美国专利申请公开No.2011/0045601A1（Gryska等人）和No.2011/0031983A1（David等人），和美国临时申请No.61/388,146（Palazzotto等人），其公开内容以引用方式并入本文中。关于其中电介质微孔材料为有机硅酸盐材料的吸收性电容式传感器元件的进一步细节描述于PCT公开号WO2010/075333A2（Thomas）中。吸收性电容式传感器元件的多种设计（例如，交错电极或平行电极）是已知的并且适于实施本发明。
吸收性电介质层吸收足够的被分析物时，与传感器元件相关的电气特性（包括（但不限于）电容、阻抗、导纳、电流或电阻）可发生可检测的变化。这种可检测的变化可被与第一和第二导电电极电连通的操作电路检测到。在本上下文中，“操作电路”通常是指可用于向第一导电电极和第二导电电极施加电压（从而向电极赋予电荷差）和/或监测传感器元件的电气特性的电气设备，其中电气特性可以响应有机被分析物的存在而发生变化。在多个实施例中，操作电路可以监测下列任何一种性质或其组合：电感、电容、电压、电阻、电导系数、电流、阻抗、相位角、功耗因子、或耗散。
这种操作电路可以包括单个设备，该设备既向电极施加电压、又监测电气特性。在一可供选择的实施例中，这种操作电路可以包括两个单独的设备，其中一个提供电压、另一个监测信号。操作电路通常通过导电构件电连接至第一导电电极和第二导电电极。
如上所述，本发明人已发现，对于上述类型的吸收性电容式传感器，在固定浓度的第一蒸汽下获得的第一实际电容（C1）与使用固定浓度的第二蒸汽获得的第二实际电容（C2）的比率（即，C1/C2）对于类似设计的电容式传感器而言是基本上恒定的；例如，根据一制造方法使用相同材料制备的电容式传感器。
图1A报道了使用按照下文实例中所述制备的16个不同的吸收性电容式传感器在暴露于100份每一百万份（ppm）的甲乙酮(MEK)蒸汽以及暴露于25ppm的甲苯蒸气（在使用干燥空气和约23℃的传感器元件温度的标准条件下）时所获得的实际电容值）。
由于随机变化，每个传感器具有彼此略微不同的电极构造，从而导致在暴露于100份每一百万份（ppm）的甲乙酮(MEK)蒸汽和暴露于25ppm的甲苯蒸气时获得不同的实际电容。然而，从图1B中可看出，暴露于25ppm的甲苯蒸气暴露时获得的实际电容与暴露于100ppm的MEK暴露时获得的实际电容的比率是基本上恒定的。
因此，利用上述发现生成校准库的方法将在下文关于电容式传感器元件的上下文中进行论述，该电容式传感器元件在标准温度和湿度条件（例如，结合被分析物蒸汽使用干燥空气）下进行操作，除非另外指明。在根据本发明进行电容测量时使用标准温度通常是重要的，因为通常对所观察到的电容式传感器元件的电容具有温度依赖性。由于使用环境温度可导致温度波动，因此有利的是使用高于环境温度的标准温度（例如，约23℃），使得在绝大多数使用条件下易于实现恒温。例如，该温度可通过将电容式传感器元件加热至30℃至100℃、40℃至80℃、50℃至65℃或甚至约55℃范围内的设定温度来实现，但如果需要也可使用更高或更低的温度（包括低于环境的温度）。可通过任何合适的方法，包括例如电阻加热器元件，来实现加热。其中第一导电电极也用作加热元件的示例性构造描述于与本文同时提交的共同待审的名称为“VAPORSENSORINCLUDINGSENSORELEMENTWITHINTEGRALHEATING”（包括具有集成加热的传感器元件的蒸汽传感器）的美国临时专利申请No.XX/XXX,XXX（代理人案卷号。67486US002），该专利的公开内容以引用方式并入本文中。
基准电容式传感器元件包括设置在第一和第二导电电极之间并且与二者接触的电介质微孔材料层，并且被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到电介质微孔材料的孔内。
生成基准库的一般方法
以下论述涉及生成校准库的普遍适用方法。
在步骤a）中，测量暴露于已知浓度（Y）的第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容（Cref）。被分析物的选择无特别限制，前提条件是被分析物在测量条件下具有至少一些蒸汽压并且在电介质微孔材料层中为可逆地可吸收的。通常，被分析物是挥发性有机化合物；然而，这不是必需的。合适的被分析物蒸汽的实例包括脂族烃（例如，正辛烷或环己烷）、酮（例如，丙酮或甲基乙基酮）、芳香烃（苯、甲苯、氯苯或萘）、腈（例如，乙腈或苯甲腈）、氯化脂族烃（例如，氯仿、二氯乙烷、二氯甲烷、四氯化碳或四氯乙烯）、酯（例如，醋酸乙烯酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯或苯甲酸甲酯）、硫化物（例如，苯基硫醇）、醚（例如，甲基异丁醚或二乙醚、醛（例如，甲醛、苯甲醛或乙醛）、醇（例如，甲醇或乙醇）、胺（例如，2-氨基吡啶）、有机酸（例如，乙酸、丙酸）、异氰酸酯（例如，异氰酸甲酯或甲苯-2,4-二异氰酸酯）和硝基取代的有机物（例如，硝基甲烷或硝基苯)。
在步骤b）中，测量在标准温度下缺乏第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的基线电容（Cref基线）。此第二步骤可在步骤a）之前或之后进行。
在步骤c）中，测定实际基准电容（Cref实际）。例如，可通过从Cref中减去Cref基线来确定Cref实际。然而，也可使用任何其他确定Cref实际的当量值的方法。
在步骤d）中，确定在标准条件下暴露于已知浓度的第二被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容（Cn2）。
在步骤e）中，确定第一相对基准电容（Cn2ref）。例如，通过从Cn2中减去Cref基线，然后将结果除以Cref实际，可确定Cn2ref。然而，也可使用任何其他确定Cref实际的当量值的方法。
在步骤f）中，在至少两种另外浓度的第二被分析物蒸汽下重复步骤d）和e），从而得到已知浓度下两种另外的相对电容。例如，可在不同浓度的第二被分析物蒸汽下将d）和e）重复至少3次、至少4次、至少5次、至少10次、至少20次或更多次。根据此信息，可确定相对基准电容与给定蒸汽的浓度之间的基准相关性。
在步骤g）中，确定Cn2ref与第二被分析物蒸汽的浓度之间的第一基准相关性。该相关性可为（例如）使用曲线拟合分析获得的例如简单的查表或数学关系（例如，作为第二被分析物蒸汽浓度的函数的Cn2ref）。曲线拟合方法是本领域中熟知的。
使用上述方法以类似的方式继续进行，可易于对具有蒸汽压并且被微孔材料吸收的任何溶剂生成基准相关性。
在步骤h）中，将第一基准相关性以及任选的附加基准相关性记录到计算机可读介质（即，非暂时性介质）上。示例性计算机可读介质包括电子计算机可寻址存储设备、例如磁盘、磁带、光盘、只读半导体存储器（例如，ROM）和非易失性半导体（闪速）存储器（例如，NANDRAM和EEPROM）。
如上文所述，目前发现对于本文所述类型的许多吸收性电容式传感器而言，实际电容与基线电容的比率是基本上恒定的。在此类情况下，可使用生成基准库的简化的特殊方法。
生成基准库的特殊方法
该特殊方法包括下列步骤。
在步骤a）中，测量在标准温度下暴露于已知浓度（Y）的第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容（Cn1）。
在步骤b）中，测量在标准温度下缺乏第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的基线电容（Cref基线）。
步骤a）和b）与上述生成基准库的一般方法基本相同。
在步骤c）中，确定相对基准电容（Cn1ref）。可根据公式Cn1ref=(Cn1-Cref基线)/Cref基线来计算Cn1ref。
在步骤d）中，在至少两种（例如，至少2种、3种、4种、5种、10种或甚至至少20种）另外不同浓度的第一被分析物蒸汽下重复步骤a）和c）。
通过在不同浓度的第一被分析物蒸汽下测得的相对基准电容值，可由生成基准库的一般方法构建（例如，关于步骤g所述）Cn1ref与第一被分析物蒸汽的浓度之间的基准相关性，如上文所述。
因此，在步骤e）中，生成Cn1ref与第一被分析物蒸汽的浓度之间的第一基准相关性，并在第二步骤f）中记录到计算机可读介质上。
图2示出在相对于500ppm的异丙醇(IPA)暴露下的电容值计算相对电容值之后（即，用500ppm的IPA暴露下的传感器元件的实际电容除针对给定浓度的有机蒸汽所测得的实际电容之后），如图1A和1B中针对多种有机蒸汽的吸收性电容式传感器元件的示例性基准相关性。
无论第一和第二被分析物是相同或是不同，均可进行生成校准库的上述方法。通过使用相应的附加被分析物来重复上述工序，可容易地生成附加被分析物的基准相关性。在一些实施例中，根据本发明的方法可用于测量湿度；例如，在至少第二（或后续的）被分析物为水蒸汽的情况下。
上述基准库包含传感器元件可用于检测的多种被分析物蒸汽的基准相关性。因此，可将计算机可读介质并入电子器件中。
一种示例性的此类器件在图3中示出。现参见图3，电子器件300包括适于对并入电子器件300中的电子组件供电的操作电路350。任选的集成电容式传感器元件310与用于在具有其上存储的信息的计算机可读介质328上生成基准库的基准电容式传感器元件具有基本上相同的设计。该信息包括根据本发明的相应方法制备的校准库。检测模块322与操作电路350电连通，并适于接收来自任选的集成电容式传感器元件310的电信号。合适的检测模块的实例包括模数转换器。处理器模块324可通信地连接到检测模块322和计算机可读介质328。合适的处理器模块的实例包括能够接收来自计算机可读介质的输入信息并进行数学运算从而生成输出信息的计算机芯片处理器。
处理器模块324适于获得暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的任选集成电容式传感器元件310的电容（Cunk），对于该指定被分析物蒸汽而言，相应的基准相关性存在于校准库中。处理器模块的能力将取决于基准库中包含的相关性的性质。
例如，如果基准库是根据上述生成基准库的一般方法生成，则处理器模块324进一步适于：获得任选的集成电容式传感器元件310（任选的集成电容式传感器元件310（例如，来自检测模块322））的基线电容（Cint基线）；获得相对电容Cunkrel=(Cunk-Cint基线)/Rconv，并且将Cunkrel与基准库中的相应基准相关性进行比较以获得被分析物蒸汽的实际浓度；以及将实际浓度记录至计算机可读介质328和/或将实际浓度传送至显示构件340。可通过如下方法获得Rconv，该方法包括：将集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物；测量在集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第一电容（Cintmeas1）；测量在集成传感器元件暴露于已知第二蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第二电容（Cintmeas2）；获得差值（ΔCint meas），其中
ΔCintmeas=|Cintmeas1–Cintmeas2|；获得第一蒸汽浓度的第二被分析物下的基准传感器元件的第一相对基准电容（Cn2ref1）与第二蒸汽浓度的被分析物下的基准传感器元件的第二相对基准电容（Cn2ref2）之间的差值（ΔCn2 ref），其中
ΔCn2ref=|Cn2ref1-Cn2ref2|；以及按照ΔCintmeas/ΔCn2ref计算Rconv。
然而，如果基准库是根据上述生成基准库的特殊方法生成，则处理器模块324进一步适于：获得任选集成电容式传感器元件310（例如，来自检测模块322）的基线电容（Cint基线）；获得相对电容(Cunkrel)=(Cunk-Cint基线)/Cint基线；将Cunkrel与基准库中的相应基准相关性进行比较并且获得指定被分析物蒸汽的实际浓度（例如，如果丙酮为指定被分析物蒸汽，则相应基准相关性将关于丙酮）；以及将实际浓度记录至计算机可读介质328和/或将实际浓度传送至显示构件340。
合适的显示构件的实例包括发光二极管(LED)显示器和打印机。通信接口模块326可通信地连接到显示构件340和处理器模块324。操作电路350包括任选电源335，任选电源335适于对操作电路350、检测模块322、集成电容式传感器元件310、处理器模块324和通信接口模块326提供电能。在一些实施例中，检测模块322、计算机可读介质328、处理器模块324和通信接口模块326均并入到单一半导体计算机芯片320中。
在一些实施例中，操作电路350与适于加热任选集成电容式传感器元件310的任选加热元件360（例如，电阻加热器）电连通。
虽然相对于上述电子器件300而言，集成电容式传感器元件310为任选的，但应在用于检测被分析物蒸汽之前并入电子器件300中。当然，如果集成电容式传感器元件310受损，则其可用另一个进行替换。
根据本发明的方法可适于说明湿度（除了有机被分析物之外）对电容的作用。一般来讲，这可通过如下方式实现：根据所测得的相对湿度和温度计算水蒸汽浓度，将其（例如）与水蒸汽浓度与相对电容之间的相关性进行比较（例如，如上文所述）以确定由于湿度所导致的相对电容，然后从观察/计算的由于湿度和被分析物所导致的总相对电容中减去该相对电容。然后可以将所得相对电容与相对于被分析物蒸汽浓度的相对电容的相应基准相关性进行匹配，以对其进行确定。
通过以下非限制性实例进一步说明本发明的目的和优点，但这些实例中所述的具体材料及其用量，以及其它条件和细节不应视为对本发明进行不当限定。
实例
除非另外指明，否则在实例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分数、比率等均为以重量计。
PIMA（用于MEK和甲苯暴露）的制备
在2.0L的三颈圆底烧瓶中，将33.4365g的3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺双茚满-5,5',6,6'-四醇(tetrol)和19.8011g的四氟对苯二甲腈(TFTN)溶解于900mL的无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。用机械搅拌器搅拌该溶液，并且使氮气鼓泡通过该溶液达一小时。将81.4480g的碳酸钾添加到该溶液中。将烧瓶放入67℃油浴中。将混合物在该高温下于氮气气氛中搅拌67.5小时。将聚合混合物倾注到9.0L水中。通过真空过滤来分离所形成的沉淀并用600mL的甲醇洗涤。将分离的材料在盘中铺开并让其风干过夜。将固体放入广口瓶中在真空中68℃下干燥4小时。将所得黄色粉末溶解于450mL的四氢呋喃中。将此溶液缓慢地倾注到9.0L的甲醇中。通过真空过滤来分离所形成的沉淀。将分离的材料在盘中铺开并让其风干过夜。将固体放入广口瓶中在真空中68℃下干燥4小时。再次在甲醇中进行沉淀。所得的干燥亮黄色聚合物经称重为43.21g。通过使用光散射检测的GPC对聚合物的分析显示该材料的数均分子量（Mn）为大约35,800g/mol。
PIMB（用于生成基准相关性）的制备
在8盎司（240mL）的琥珀色广口瓶中，将5.6161g的3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺双茚满-5,5',6,6'-四醇(tetrol)和3.3000g的四氟对苯二甲腈(TFTN)溶解于150mL的无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。将6.0004g的碳酸钾添加到此溶液中。将广口瓶置于65℃下的耐洗牢度试验仪中。将混合物在此高温下搅拌62小时。将聚合混合物倾注到1.5L的水中。通过真空过滤来分离所形成的沉淀并用300mL的甲醇洗涤。将分离的材料置于广口瓶中并在真空中58℃下干燥18小时。将所得黄色粉末溶解于100mL的四氢呋喃中。将此溶液缓慢地倾注到1.5L的甲醇中。通过真空过滤来分离所形成的沉淀。将分离的材料置于广口瓶中并在真空中58℃下干燥18小时。再次在甲醇中进行沉淀。所得的干燥亮黄色聚合物经称重为7.09g。通过使用光散射检测的GPC对聚合物的分析显示该材料的数均分子量（Mn）为大约35,600g/mol。
传感器元件的制备
在从440×440mm面板（1.1mm厚，来自纽约埃尔姆斯福德的肖特北美公司（SchottNorthAmerica,Elmsford,NewYork）的D-263T标准玻璃）切割的2"×2"（5.1cm×5.1cm）Schott玻片上制备传感器元件，通过在ALCONOXLIQUI-NOX清洁剂溶液（得自纽约怀特普莱恩斯的艾可纳公司（Alconox,WhitePlains,NewYork））中浸泡30至60分钟来对其进行清洗，然后用硬毛刷洗刷玻片的每一侧，将其在温自来水下冲洗，最后用去离子水（DI水）冲洗。允许玻片在被覆盖的情况下风干，以防止灰尘积聚在表面上。将干燥清洁的玻片保存在得自明尼苏达州查斯卡的英特格公司（Entegris,Chaska,Minnesota）的7.6cm晶片盒中。
使用具有单个矩形开口的2英寸（5cm）×2英寸（5cm）方形掩模（掩模A），通过以每秒0.1nm的速率（nm/秒）电子束蒸发涂布10.0nm的钛（以钛块获得，9.5mm×9.5mm，99.9+%纯度，得自马萨诸塞州沃德山阿法埃莎公司（AlfaAesar,WardHill,Massachusetts）），然后以0.5nm/秒的速率涂布150.0nm的铝（以渣球获得，4-8mm,Puratronic级99.999%，得自阿法埃莎公司）来将第一导电电极沉积到Schott玻片上，所述单个矩形开口具有由激光切割的1.16mm厚不锈钢制备的0.46英寸（1.2cm）顶部边框、0.59英寸（1.5cm）底部边框和0.14英寸（0.35cm）左边框和右边框。所有的掩模在使用之前均被抛光以最小化掩模中的锋利边缘导致短路的可能性。利用得自美国纽约州东锡拉库扎的英福康公司（INFICONofEastSyracuse,NewYork）的INFICONXTC/2薄膜沉积控制器来控制蒸汽沉积过程。
通过在小广口瓶中混合各组分，然后将其置于炼胶机中过夜或直至聚合物基本上溶解，然后通过1微米ACRODISC过滤器（以具有1微米玻璃纤维膜的ACRODISC25mm注射器式过滤器获得，得自密歇根州安阿伯的颇尔生命科学公司（PALLLifeSciencesofAnnArbor,Michigan））进行过滤，来制备PIM材料在氯苯中的4重量%溶液。允许溶液静置过夜，使得形成的任何气泡可逸出。
通过将样本（即，上面具有导电电极的玻片）置于由宾夕法尼亚州北威尔士的劳雷尔技术公司（LaurellTechnologies,Corp.NorthWales,Pennsylvania）制造的WS-400B-8NPP-LITE单晶片旋转处理器中，将约0.5mL的氯苯置于第一导电电极上，然后通过1000rpm的旋涂循环运行1分钟，来清洗第一导电电极。
然后将PIM材料的4重量%溶液在相同的旋涂条件下涂布到第一导电电极上。在旋涂之后，通过用丙酮浸透的棉拭子去除少部分的涂层，利用得自美国加利福尼亚州圣塔克鲁兹的AMBiOS技术公司（AMBiOSTechnologyofSantaCruz,California）的XP-1型轮廓曲线仪进行PIM厚度测量。在厚度测量过程中使用的参数有：扫描速度：0.1mm/秒；扫描长度：5mm；范围：10微米；触针压力：0.20mg；以及过滤器水平：4。PIM涂层的厚度通常在500至600nm的范围。在涂布之后，将所有样品在100℃下烘干1小时。
根据竖向间隔0.22英寸（0.56cm）和水平间隔0.48英寸（1.2cm）的四个0.60英寸（1.5cm）高×0.33英寸（0.84cm）宽的矩形墨斑的2×2阵列产生的图案将图案化的第二银电极喷墨印刷在PIM材料的顶部上。为了喷墨印刷第二电极，创建位图图像（702点/英寸），然后下载到XY沉积系统。用于沉积银纳米粒子溶胶的打印头为具有10皮升液滴体积和128射流/孔的DIMATIXSX3-128打印头（美国加利福尼亚州圣克拉拉的富士胶片Dimatix公司（FUJIFILMDimatix,SantaClara,California）），该打印头组件为大约6.5cm长，具有508微米的射流间隔。用于构造此电极的银纳米粒子溶胶以名称AG-IJ-G-100-S1得自卡博特公司（Cabot）。银纳米粒子溶胶为大约15-40重量%的乙醇、15-40重量%的乙二醇和20重量%的银。喷墨印刷期间通过使用多孔铝真空台板将样品固定地保持。完成印刷时，将样品从多孔铝真空台板上移除，并在125℃下置于热板上15分钟。
在沉积有源电极之后，使用DGP-40LT-25C（一种银纳米粒子油墨，其得自ANP公司（韩国忠清北道清原坤步涌面锦湖里步涌工业园区244号）（ANP,244Buyongindustrialcomplex,Kumho-ri,Buyong-myeon,Chungwon-kun,Chungcheongbuk-do,SouthKorea））制备连接电极。使用小美术刷来涂装第二导电电极的连接，以有利于测试期间的电接触。在涂装该连接之后，将传感器在150℃下烘干1小时以设定油墨。
此传感器制备工艺在大约50mm×50mm的玻璃基底上制备了具有大约8mm×10mm活性区域（未被连接电极覆盖的重叠第一和第二导电电极下方的区域）的一组4个传感器元件。通过在支承传感器元件的同时利用标准玻璃划线切割器在背面（非活性侧）将样品切片来制备各个传感器元件，从而不损坏它们的正（活性）表面。在切片成各个传感器元件之后，将传感器保存在得自明尼苏达州查斯卡的英特格公司的3.81cm晶片支架上。
暴露于有机蒸汽的传感器元件的电容测量
在测试之前，使用对流烘箱将所有样品在150℃下烘干1小时。所有测试均在已在得自俄亥俄州齐尼亚W.A.哈蒙特有限公司（W.A.HammondCo.,Ltd.,Xenia,Ohio）的DRIERITE干燥剂上方通过以除去水分并在活性炭上方通过以消除任何有机污染物的空气中进行。测试室允许一次进行四个传感器样本的测量。使用10升/分钟的干燥空气流穿过所述系统来进行蒸汽测试。利用配有500微升气密注射器（得自美国内华达州雷诺的汉密尔顿公司（HamiltonCompany））的KD科学注射器泵（可得自美国马萨诸塞州霍利斯顿的KD科学公司（KDScientificInc.））产生多种蒸气含量。注射器泵将有机液体递送到悬浮在500mL的三颈烧瓶中的一片滤纸上。干燥空气流穿过所述纸使溶剂蒸发。通过控制注射器泵以不同速率递送所述溶剂，从而产生不同浓度的蒸汽。通过LABVIEW（可得自美国德克萨斯州奥斯汀的美国国家仪器公司（NationalInstruments）的软件）程序控制注射器泵，该程序允许在一个测试运行期间产生蒸汽特征图。使用MIRANIR分析器（可得自美国马萨诸塞州沃尔瑟姆的赛默飞世尔科学公司（ThermoFischerScientific,Inc.））来验证设定浓度。使用LCR测量计（以INSTEKMODEL821LCR测量计得自加利福尼亚州奇诺的固纬公司（InstekAmerica,Corp.Chino,California））测量电容，该测量计在第一和第二导电电极之间在1000Hz下施加一伏特。使用控制注射器泵的同一LABVIEW程序收集和存储数据。
本发明的精选实施例
在第一个实施例中，本发明提供一种生成基准库的方法，该方法包括以下步骤：
a）测量在标准温度下暴露于已知浓度（Y）的第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容（Cref），其中基准电容式传感器元件包括设置在第一和第二导电电极之间并且与二者接触的电介质微孔材料层，并且其中被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到电介质微孔材料的孔内；
b）测量在标准温度下没有第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的基线电容（Cref基线）；
c）确定实际基准电容Cref实际，其中
Cref实际=Cref-Cref基线；
d）测量暴露于已知浓度的第二被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容（Cn2）；
e）确定相对基准电容（Cn2ref），其中
Cn2ref=(Cn2-Cref基线)/Cref实际；
f）在至少两种另外不同浓度的第二被分析物蒸汽下重复步骤d）和e）；
g）确定Cn2ref与第二被分析物蒸汽的浓度之间的第一基准相关性；和
h）将第一基准相关性记录到计算机可读介质上。
在第二个实施例中，本发明提供根据第一个实施例所述的生成基准库的方法，其中计算机可读介质包括非暂时性半导体存储设备。
在第三个实施例中，本发明提供根据第一或第二个实施例所述的生成基准库的方法，其中第一被分析物蒸汽和第二被分析物蒸汽是不同的。
在第四个实施例中，本发明提供根据第一至第三个实施例中任一项所述的生成基准库的方法，其中相关性为数学相关性。
在第五个实施例中，本发明提供根据第一至第四个实施例中任一项所述的生成基准库的方法，其中第一被分析物蒸汽和第二被分析物蒸汽由相同的化学化合物组成。
在第六个实施例中，本发明提供根据第一至第五个实施例中任一项所述的生成基准库的方法，其中第二被分析物蒸汽为水蒸汽。
在第七个实施例中，本发明提供根据第一至第六个实施例中任一项所述的生成基准库的方法，其中标准温度在40℃至80℃的范围内。
在第八个实施例中，本发明提供根据第一至第七个实施例中任一项所述的生成基准库的方法，还包括：
i）测量暴露于已知浓度的第三被分析物蒸汽时的基准电容式传感元件的电容（Cn3）；
j）确定Cn3ref，其中Cn3ref=(Cn3–Cref基线)/Cref实际；
k）在至少两种另外不同浓度的第三被分析物蒸汽下重复步骤i）和j）；
l）确定Cn3ref与第三被分析物蒸汽的浓度之间的第二基准相关性；和
m）将第二基准相关性记录到计算机可读介质上。
在第九个实施例中，本发明提供一种电子器件，其包括具有其上存储的信息的计算机可读介质，该信息包括根据第一至第八个实施例中任一项所述的生成基准库的方法制备的基准库。
在第十个实施例中，本发明提供根据第八个实施例所述的电子器件，还包括：
适于对至少集成电容式传感器元件供电的操作电路，其中集成电容式传感器元件与基准电容式传感器元件的构造基本上相同；
与操作电路电连通的检测模块，其中检测模块适于接收来自集成电容式传感器元件的电信号；
可通信地连接到检测模块和计算机可读介质的处理器模块，其中处理器模块适于：
获得暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的集成电容式传感器元件的电容（Cunk），对于该指定被分析物蒸汽而言，相应的基准相关性存在于校准库中；
获得集成电容式传感器元件的基线电容（Cint基线）；
获得相对电容Cunkrel=(Cunk-Cint基线)/Rconv，其中Rconv可通过如下方法获得，该方法包括：
将集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物，其中集成传感器元件包括设置在两个电极之间并且与二者接触的微孔材料层，并且其中第二被分析物的至少一部分被吸收到微孔材料的孔内；
测量在集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第一电容（Cintmeas1）；
测量在集成传感器元件暴露于已知第二蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第二电容（Cintmeas2）；
获得差值（ΔCintmeas），其中
ΔCintmeas=|Cintmeas1–Cintmeas2|；
获得第一蒸汽浓度的第二被分析物下的基准传感器元件的第一相对基准电容（Cn2ref1）与第二蒸汽浓度的被分析物下的基准传感器元件的第二相对基准电容（Cn2ref2）之间的差值（ΔCn2ref），其中ΔCn2ref=|Cn2ref1-Cn2ref2|；和
按照ΔCintmeas/ΔCn2ref计算Rconv；
将Cunkrel与基准库中的相应基准相关性进行比较并获得被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将实际浓度记录到计算机可读介质上；或
将实际浓度传送至显示构件；和
可通信地连接到显示构件和处理器模块的通信接口模块，
其中操作电路将电能提供给至少检测模块、处理器模块、显示构件和通信接口模块。
在第十一个实施例中，本发明提供根据第十个实施例所述的电子器件，其中操作电路与适于加热集成电容式传感器元件的加热元件电连通。
在第十二个实施例中，本发明提供根据第十个或第十一个实施例所述的电子器件，其中电子器件还包括与操作电路电连通的集成电容式传感器元件，其中集成电容式传感器元件与基准电容式传感器元件的构造相同。
在第十三个实施例中，本发明提供一种制备校准的电子传感器的方法，该方法包括：
提供根据第十一个或第十二个实施例所述的电子器件；
获得集成电容式传感器元件的基线电容（Cint基线）；
通过如下方法获得Rconv，该方法包括：
将集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物，其中集成传感器元件包括设置在两个电极之间并且与二者接触的微孔材料层，并且其中第二被分析物的至少一部分被吸收到微孔材料的孔内；
测量在集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第一电容（Cintmeas1）；
测量在集成传感器元件暴露于已知第二蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第二电容（Cintmeas2）；
获得差值（ΔCintmeas），其中
ΔCintmeas=|Cintmeas1–Cintmeas2|；
获得第一蒸汽浓度的第二被分析物下的基准传感器元件的第一相对基准电容（Cn2ref1）与第二蒸汽浓度的被分析物下的基准传感器元件的第二相对基准电容（Cn2ref2）之间的差值（ΔCn2ref），其中
ΔCn2ref=|Cn2ref1-Cn2ref2|；
按照ΔCintmeas/ΔCn2ref计算Rconv；和
将Rconv和Cint基线存储在电子器件上以提供校准的电子传感器。
在第十四个实施例中，本发明提供根据第十三个实施例所述的制备校准的电子传感器的方法而制备的校准的电子传感器。
在第十五个实施例中，本发明提供一种使用校准的电子传感器的方法，该方法包括：
提供根据第十四个实施例所述的校准的电子传感器；
测量在标准温度下暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的集成电容式传感器元件的电容（Cunk）；
获得相对电容Cunkrel=(Cunk-Cint基线)/Rconv；
将Cunkrel与基准库中的相应基准相关性进行比较并获得被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将被分析物蒸汽的实际浓度记录到计算机可读介质上；或
将被分析物蒸汽的实际浓度传送至显示构件。
在第十六个实施例中，本发明提供一种生成基准库的方法，该方法包括以下步骤：
a）测量在标准温度下暴露于已知浓度（Y）的第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容（Cn1），其中基准电容式传感器元件包括设置在第一和第二导电电极之间并且与二者接触的电介质微孔材料层，并且其中被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到电介质微孔材料的孔内；
b）测量在标准温度下没有第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的基线电容（Cref基线）；
c）确定相对基准电容（Cn1ref），其中
Cn1ref=(Cn1-Cref基线)/Cref基线；
d）在至少两种另外不同浓度的第一被分析物蒸汽下重复步骤a）和c）；
e）确定Cn1ref与第一被分析物蒸汽的浓度之间的第一基准相关性；和
f）将第一基准相关性记录到计算机可读介质上。
在第十七个实施例中，本发明提供根据第十六个实施例所述的生成基准库的方法，其中计算机可读介质包括非暂时性半导体存储设备。
在第十八个实施例中，本发明提供根据第十六个或第十七个实施例所述的生成基准库的方法，其中相关性为数学相关性。
在第十九个实施例中，本发明提供根据第十六个至第十八个实施例中任一项所述的生成基准库的方法，其中第一被分析物蒸汽为水蒸汽。
在第二十个实施例中，本发明提供根据第十六个至第十九个实施例中任一项所述的生成基准库的方法，其中标准温度在40℃至80℃的范围内。
在第二十一个实施例中，本发明提供根据第十六个至第二十个实施例中任一项所述的生成基准库的方法，还包括：
g）测量暴露于已知浓度的第二被分析物蒸汽时的基准电容式传感元件的电容（Cn2）；
h）确定Cn2ref，其中Cn2ref=(Cn2–Cref基线)/Cref基线；
i）在至少两种另外不同浓度的第二被分析物蒸汽下重复步骤g）和h）；
j）确定第二基准相关性，其中第二基准相关性包括Cn2ref与第二被分析物蒸汽的浓度之间的数学或图形相关性；和
k）将第二基准相关性记录到计算机可读介质上。
在第二十二个实施例中，本发明提供一种电子器件，其包括具有其上存储的信息的计算机可读介质，该信息包括根据第十六个至第二十一个实施例中任一项所述的生成基准库的方法而制备的基准库。
在第二十三个实施例中，本发明提供根据第二十一个实施例所述的生成基准库的方法，还包括：
适于对至少集成电容式传感器元件供电的操作电路，其中集成电容式传感器元件与基准电容式传感器元件的构造基本上相同；
与操作电路电连通的检测模块，其中检测模块适于接收来自集成电容式传感器元件的电信号；
可通信地连接到检测模块和计算机可读介质的处理器模块，其中处理器模块适于：
获得暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的集成电容式传感器元件的电容（Cunk），对于该指定被分析物蒸汽而言，相应的基准相关性存在于校准库中；
获得集成电容式传感器元件的基线电容（Cint基线）；
获得相对电容(Cunkrel)=(Cunk-Cint基线)/Cint基线；
将Cunkrel与基准库中的相应基准相关性进行比较并获得被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将实际浓度记录到计算机可读介质上；或
将实际浓度传送至显示构件；和
可通信地连接到显示构件和处理器模块的通信接口模块，
其中操作电路将电能提供给至少检测模块、处理器模块、显示构件和通信接口模块。
在第二十四个实施例中，本发明提供根据第二十三个实施例所述的电子器件，其中操作电路与适于加热集成电容式传感器元件的加热元件电连通。
在第二十五个实施例中，本发明提供根据第二十三个或第二十四个实施例所述的电子器件，其中电子器件还包括与操作电路电连通的集成电容式传感器元件，其中集成电容式传感器元件与基准电容式传感器元件的构造相同。
在第二十六个实施例中，本发明提供一种制备校准的电子传感器的方法，该方法包括：
提供根据第二十四个或第二十五个实施例所述的电子器件；
通过如下方法获得集成电容式传感器元件的基线电容（Cint基线），该方法包括：
将集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第一被分析物，其中集成传感器元件包括设置在两个电极之间并且与二者接触的微孔材料层，并且其中第二被分析物的至少一部分被吸收到微孔材料的孔内；
测量在集成传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的第二被分析物时的集成传感器元件的第一电容（Cintmeas1）；
获得第一蒸汽浓度的第一被分析物下的基准传感器元件的第一相对基准电容（Cn1ref1）；
按照Cintmeas1/(1+Cn1ref1)计算Cint基线；和
将Cint基线存储在电子器件上以提供校准的电子传感器。
在第二十七个实施例中，本发明提供根据第二十六个实施例所述的制备校准的电子传感器的方法而制备的校准的电子传感器。
在第二十八个实施例中，本发明提供一种使用校准的电子传感器的方法，该方法包括：
提供根据第二十七个实施例所述的校准的电子传感器；
测量在标准温度下暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的集成电容式传感器元件的电容（Cunk）；
获得相对电容(Cunkrel)=(Cunk-Cint基线)/Cint基线；
将Cunkrel与基准库中的相应基准相关性进行比较并获得被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将被分析物蒸汽的实际浓度记录到计算机可读介质上；或
将被分析物蒸汽的实际浓度传送至显示构件。
在不脱离本发明的范围和精神的条件下，本领域的技术人员可对本发明进行各种修改和更改，并且应当理解，本发明不应不当地受限于本文所述的示例性实施例。

Claims (10)

1.一种生成基准库的方法，所述方法包括以下步骤：
a)测量在标准温度下暴露于已知浓度(Y)的第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容Cref，其中所述基准电容式传感器元件包括设置在第一和第二导电电极之间并且与所述第一和第二导电电极接触的电介质微孔材料的层，并且其中所述第一被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到所述电介质微孔材料的孔内；
b)测量在标准温度下没有所述第一被分析物蒸汽时的所述基准电容式传感器元件的基线电容Cref基线；
c)确定实际基准电容Cref实际，其中
Cref实际＝Cref-Cref基线；
d)测量暴露于已知浓度的第二被分析物蒸汽时的所述基准电容式传感器元件的电容Cn2；
e)确定相对基准电容Cn2ref，其中
Cn2ref＝(Cn2-Cref基线)/Cref实际；
f)在至少两种另外不同浓度的所述第二被分析物蒸汽下重复步骤d)和e)；
g)确定Cn2ref与所述第二被分析物蒸汽的浓度之间的第一基准相关性；和
h)将所述第一基准相关性记录到计算机可读介质上。
2.根据权利要求1所述的生成基准库的方法，其中所述第一被分析物蒸汽和所述第二被分析物蒸汽是不同的。
3.一种电子器件，包括：
存储有信息的计算机可读介质，所述信息包括根据权利要求1所述的生成基准库的方法制备的基准库；
用于对至少集成电容式传感器元件供电的操作电路，其中所述集成电容式传感器元件与所述基准电容式传感器元件的构造基本上相同；
与所述操作电路电连通的检测模块，其中所述检测模块用于接收来自所述集成电容式传感器元件的电信号；
能通信地连接到所述检测模块和所述计算机可读介质的处理器模块，其中所述处理器模块适用于：
获得暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的所述集成电容式传感器元件的电容Cunk，对于所述指定被分析物蒸汽而言，相应的基准相关性存在于所述基准库中；
获得所述集成电容式传感器元件的基线电容Cint基线；
获得相对电容Cunkrel＝(Cunk-Cint基线)/Rconv，其中所述Rconv能通过包括如下步骤的方法获得：
将所述集成电容式传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的所述第二被分析物蒸汽，其中所述集成电容式传感器元件包括设置在两个电极之间并且与这两个电极接触的微孔材料的层，并且其中所述第二被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到所述微孔材料的孔内；
测量在所述集成电容式传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的所述第二被分析物蒸汽时的所述集成电容式传感器元件的第一电容Cintmeas1；
测量在所述集成电容式传感器元件暴露于已知第二蒸汽浓度的所述第二被分析物蒸汽时的所述集成电容式传感器元件的第二电容Cintmeas2；
获得差值ΔCintmeas，其中
ΔCintmeas＝|Cintmeas1–Cintmeas2|；
获得所述第一蒸汽浓度的所述第二被分析物蒸汽下的基准电容式传感器元件的第一相对基准电容Cn2 ref1与所述第二蒸汽浓度的所述第二被分析物蒸汽下的所述基准电容式传感器元件的第二相对基准电容Cn2ref2之间的差值ΔCn2ref，其中
ΔCn2ref＝|Cn2ref1-Cn2ref2|；和
按照ΔCintmeas/ΔCn2ref计算Rconv；
将Cunkrel与所述基准库中的相应基准相关性进行比较并获得所述指定被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将所述实际浓度记录到所述计算机可读介质上；或
将所述实际浓度传送至显示构件；和
能通信地连接到所述显示构件和所述处理器模块的通信接口模块，
其中所述操作电路将电能提供给至少所述检测模块、处理器模块、显示构件和通信接口模块。
4.一种制备校准的电子传感器的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求3所述的电子器件；
获得所述集成电容式传感器元件的基线电容Cint基线；
通过包括如下步骤的方法获得Rconv：
将所述集成电容式传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的所述第二被分析物蒸汽，其中所述集成电容式传感器元件包括设置在两个电极之间并且与这两个电极接触的微孔材料的层，并且其中所述第二被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到所述微孔材料的孔内；
测量在所述集成电容式传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的所述第二被分析物蒸汽时的所述集成电容式传感器元件的第一电容Cintmeas1；
测量在所述集成电容式传感器元件暴露于已知第二蒸汽浓度的所述第二被分析物蒸汽时的所述集成电容式传感器元件的第二电容Cintmeas2；
获得差值ΔCintmeas，其中
ΔCintmeas＝|Cintmeas1–Cintmeas2|；
获得所述第一蒸汽浓度的所述第二被分析物蒸汽下的基准电容式传感器元件的第一相对基准电容Cn2ref1与所述第二蒸汽浓度的所述第二被分析物蒸汽下的所述基准电容式传感器元件的第二相对基准电容Cn2 ref2之间的差值ΔCn2ref，其中
ΔCn2ref＝|Cn2ref1-Cn2ref2|；
按照ΔCintmeas/ΔCn2ref计算Rconv；和
将Rconv和Cint基线存储在所述电子器件上以提供所述校准的电子传感器。
5.一种使用校准的电子传感器的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求4所述的制备校准的电子传感器的方法制备的校准的电子传感器；
测量在所述标准温度下暴露于未知浓度的所述指定被分析物蒸汽时的所述集成电容式传感器元件的电容Cunk；
获得相对电容Cunkrel＝(Cunk-Cint基线)/Rconv；
将Cunkrel与所述基准库中的相应基准相关性进行比较并获得所述指定被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将所述指定被分析物蒸汽的实际浓度记录到所述计算机可读介质上；或
将所述指定被分析物蒸汽的实际浓度传送至所述显示构件。
6.一种生成基准库的方法，所述方法包括以下步骤：
a)测量在标准温度下暴露于已知浓度(Y)的第一被分析物蒸汽时的基准电容式传感器元件的电容Cn1，其中所述基准电容式传感器元件包括设置在第一和第二导电电极之间并且与所述第一和第二导电电极接触的电介质微孔材料的层，并且其中所述第一被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到所述电介质微孔材料的孔内；
b)测量在标准温度下没有所述第一被分析物蒸汽时的所述基准电容式传感器元件的基线电容Cref基线；
c)确定相对基准电容Cn1ref，其中
Cn1ref＝(Cn1-Cref基线)/Cref基线；
d)在至少两种另外不同浓度的所述第一被分析物蒸汽下重复步骤a)和c)；
e)确定Cn1ref与所述第一被分析物蒸汽的浓度之间的第一基准相关性；和
f)将所述第一基准相关性记录到计算机可读介质上。
7.一种电子器件，包括：
存储有信息的计算机可读介质，所述信息包括根据权利要求6所述的生成基准库的方法制备的基准库；
用于对至少集成电容式传感器元件供电的操作电路，其中所述集成电容式传感器元件与所述基准电容式传感器元件的构造基本上相同；
与所述操作电路电连通的检测模块，其中所述检测模块用于接收来自所述集成电容式传感器元件的电信号；
能通信地连接到所述检测模块和所述计算机可读介质的处理器模块，其中所述处理器模块用于：
获得暴露于未知浓度的指定被分析物蒸汽时的所述集成电容式传感器元件的电容Cunk，对于所述指定被分析物蒸汽而言，相应的基准相关性存在于所述基准库中；
获得所述集成电容式传感器元件的基线电容Cint基线；
获得相对电容Cunkrel＝(Cunk-Cint基线)/Cint基线；
将Cunkrel与所述基准库中的相应基准相关性进行比较并获得所述指定被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将所述实际浓度记录到所述计算机可读介质上；或
将所述实际浓度传送至显示构件；和
能通信地连接到所述显示构件和所述处理器模块的通信接口模块，
其中所述操作电路将电能提供给至少所述检测模块、处理器模块、显示构件和通信接口模块。
8.根据权利要求7所述的电子器件，其中所述操作电路与用于加热所述集成电容式传感器元件的加热元件电连通。
9.一种制备校准的电子传感器的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求8所述的电子器件；
通过包括如下步骤的方法获得所述集成电容式传感器元件的基线电容Cint基线：
将所述集成电容式传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的所述第一被分析物蒸汽，其中所述集成电容式传感器元件包括设置在两个电极之间并且与这两个电极接触的微孔材料的层，并且其中所述第一被分析物蒸汽的至少一部分被吸收到所述微孔材料的孔内；
测量在所述集成电容式传感器元件暴露于已知第一蒸汽浓度的所述第一被分析物蒸汽时的所述集成电容式传感器元件的第一电容Cintmeas1；
获得所述第一蒸汽浓度的所述第一被分析物蒸汽下的基准电容式传感器元件的第一相对基准电容Cn1ref1；
按照Cintmeas1/(1+Cn1ref1)计算Cint基线；和
将Cint基线存储在所述电子器件上以提供所述校准的电子传感器。
10.一种使用校准的电子传感器的方法，所述方法包括：
提供根据权利要求9所述的制备校准的电子传感器的方法制备的校准的电子传感器；
测量在所述标准温度下暴露于未知浓度的所述指定被分析物蒸汽时的所述集成电容式传感器元件的电容Cunk；
获得相对电容Cunkrel＝(Cunk-Cint基线)/Cint基线；
将Cunkrel与所述基准库中的相应基准相关性进行比较并获得所述指定被分析物蒸汽的实际浓度；和
下列中的至少一种：
将指定被分析物蒸汽的实际浓度记录到所述计算机可读介质上；或
将所述指定被分析物蒸汽的实际浓度传送至所述显示构件。
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