CN106062545A - 低于环境温度的蒸汽传感器和使用方法 - Google Patents

低于环境温度的蒸汽传感器和使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106062545A
CN106062545A CN201580010854.0A CN201580010854A CN106062545A CN 106062545 A CN106062545 A CN 106062545A CN 201580010854 A CN201580010854 A CN 201580010854A CN 106062545 A CN106062545 A CN 106062545A
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductive electrode
sensor
sensor element
vapor
ambient temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201580010854.0A
Other languages
English (en)
Inventor
S·H·格里斯卡
M·C·帕拉佐托
J·藤格琼雅萨姆
姜明灿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3M Innovative Properties Co filed Critical 3M Innovative Properties Co
Publication of CN106062545A publication Critical patent/CN106062545A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/221—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/227—Sensors changing capacitance upon adsorption or absorption of fluid components, e.g. electrolyte-insulator-semiconductor sensors, MOS capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G01N27/225—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity by using hygroscopic materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/221—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties
    • G01N2027/222—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance by investigating the dielectric properties for analysing gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种蒸汽传感器，该蒸汽传感器包括传感器元件(110)、冷却构件(140)和操作电路(160)。传感器元件包括：第一导电电极；第二导电电极；以及介电微孔材料，该介电微孔材料至少部分地设置在第一导电电极和第二导电电极之间并且接触第一导电电极和第二导电电极。冷却构件与传感器元件接触并且被构造成用于冷却传感器元件。操作电路与第一导电电极和第二导电电极电连通，并且能够在第一导电电极和第二导电电极之间产生电压差，使得传感器元件具有电容相关特性，并且监测传感器元件的电容相关特性。还公开使用蒸汽传感器检测分析物蒸汽的方法。

Description

低于环境温度的蒸汽传感器和使用方法
技术领域
本公开广义地涉及蒸汽传感器和其使用方法。
背景技术
在许多研究领域中，监测蒸汽的存在及其在空气中的浓度。已经开发出多种用于检测蒸汽(例如，挥发性有机化合物(VOC))的方法，该方法包括(例如)光离子化法、气相色谱法、重量分析技术、光谱技术(例如，质谱法、红外光谱法、或荧光光谱法)、以及吸收感测技术。
在电容传感器中，两个导电电极的电容(通常平行或交叉)随着两个电极之间的材料的介电常数的改变(归因于所存在的环境分析物蒸汽)而变化。常规电容传感器可以是制造便宜的，但可能缺乏其它更昂贵技术的灵敏度。
因此需要具有改善的灵敏度的用于分析蒸汽的电容传感器。
发明内容
本发明人已经发现通过将电容式蒸汽传感器冷却到低于环境温度，可改善传感器的灵敏度。因此，本公开提供具有冷却能力的电容蒸汽传感器，该电容蒸汽传感器在操作中展示与无冷却能力的等效传感器相比明显增强的灵敏度(>7倍多灵敏并且能够在小于百万分之一的数量级上检测分析物蒸汽)。
在一个方面中，本发明提供了一种蒸汽传感器，包括：
传感器元件，该传感器元件包括：
第一导电电极；
第二导电电极；以及
介电微孔材料，该介电微孔材料至少部分地设置在第一导电电
极和第二导电电极之间，并且接触第一导电电极和第二导电电极；
冷却构件，该冷却构件与传感器元件接触，其中冷却构件被构造成用于冷却传感器元件；
操作电路，该操作电路与传感器元件的第一导电电极和第二导电电极电连通，该操作电路在第一导电电极和第二导电电极之间形成电压差，使得传感器元件具有电容相关特性，并且其中操作电路能够监测传感器元件的电容相关特性。
在另一个方面中，本公开提供一种在环境温度下检测分析物蒸汽的方法，该方法包括：
提供根据本公开的蒸汽传感器；
将传感器元件冷却到比环境温度低的低于环境的温度；
将微孔材料暴露于分析物蒸汽；以及
测量传感器元件的电容相关的电特性。
如本文所用，术语“电容相关特性”涵盖任何电特性及其测定过程，该测定过程通常与赋予电荷(无论是静电荷还是时变电荷)以及在赋予电荷期间和/或之后监测电特性相关。例如，此类特性不仅包括电容，还包括阻抗、电感、导纳、电流、电阻、电导系数，并且可根据本领域熟知的各种方法测量。
在考虑具体实施方式以及所附权利要求书之后，将进一步理解本公开的特征和优点。
附图说明
图1为根据本公开的示例性蒸汽传感器100的示意性透视图。
图2为具有叉指型电极配置的示例性传感器元件210的示意性切开透视图。
图3为具有平行电极配置的示例性传感器元件310的示意性透视图。
图4为具有叉指型电极配置的示例性冷却构件440的示意性侧视图。
图5为针对实施例1和对比较例A和B的ΔC/Co对蒸汽暴露时间的曲线图。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开相同或类似的特征或元件。应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其它修改形式和实施方案。附图可能未按比例绘制。
具体实施方式
现参照图1，蒸汽传感器100包括传感器元件110、冷却构件140和操作电路160。传感器元件110包括第一导电电极和第二导电电极、以及设置在第一导电电极和第二导电电极之间并且接触第一导电电极和第二导电电极的介电微孔材料。示出第一电极和第二电极以及介电微孔材料的传感器元件110的两个详细配置在图2和图3中示出。参照图2和图3，第一导电电极(212或312)设置在任选介电基座(270或370)上，该任选介电基座(270或370)设置在第一导电电极(212或312)和冷却构件140之间并且与第一导电电极(212或312)和冷却构件140导热连通。
再次参照图1，冷却构件140接触传感器元件110，并且被构造成用于冷却传感器元件110。操作电路160通过导线197、198与传感器元件110的第一平行导电电极和第二平行导电电极电连通。操作电路160在传感器元件110的第一导电电极和第二导电电极之间形成电压差，使得该传感器元件110具有电容相关特性(例如，电容)。任选基板125支撑操作电路160、任选冷却控制电路147和冷却构件140。操作电路160能够操作传感器元件110并且监测电容相关特性。监测可以是相对于时间的离散间隔或连续的。任选温度传感器145设置在介电基座170上邻近冷却构件140。任选温度传感器145和冷却构件140通过相应导线对194、195和161、162与任选冷却控制电路147电连通。
如果需要，蒸汽传感器可设置在具有入口开口的保护外壳内，使得蒸汽传感器与外壳之外的分析物蒸汽流体连通，然而这不是必须的。这种任选外壳的设计在本领域的普通技术人员的能力范围内。
介电微孔材料是介电的和微孔的。在上下文中，术语“微孔的”和“微孔性”意指材料具有大量内部互连的孔体积，并且平均孔尺寸(用例如吸附等温线方法表征)小于约100纳米(nm)，通常小于约10nm。这样的微孔性使得有机分析物的分子(如果存在)能够渗透材料的内部孔体积，并且驻留在内部孔中。内部孔中的这样的分析物的存在可改变材料的介电特性，使得可观测到介电常数(或任何其它合适的电特性)的改变。
在一些实施方案中，微孔材料包括所谓的固有微孔性聚合物(PIM)。PIM是由于聚合物链的无效填充而具有纳米级孔的聚合物材料。例如，在Chemical Communications,2004,(2),pp.230-231(《化学通讯》，2004年，第2期，第230-231页)中，Budd等人报告了一系列固有微孔材料，该固有微孔材料含有位于刚性和/或扭曲的单体构造嵌段之间的二苯并二噁烷键。这一聚合物家族中的代表性成员包括根据方案1(下文)由如表1所示的组分A(例如A1、A2或A3)与组分B(例如B1、B2或B3)缩合所产生的那些聚合物。
方案1
表1
另外的合适的组分A和B以及所得的固有微孔聚合物是本领域已知的，例如，如以下文献和专利中所报导的：Budd et al.in Journal of Materials Chemistry,2005,Vol.15,pp.1977–1986(Budd等人，《材料化学杂志》，2005年，第15卷，第1977–1986页)；McKeown et al.in Chemistry,A European Journal,2005,Vol.11,pp.2610–2620(McKeown等人，《化学》，一个欧洲杂志，2005年，第11卷，第2610–2620页)；Ghanem et al.inMacromolecules,2008,vol.41,pp.1640-1646(Ghanem等人，《高分子》，2008年，第41卷，第1640-1646页)；Ghanem et al.in Advanced Materials,2008,vol.20,pp.2766-2771(Ghanem等人，《先进材料》，2008年，第20卷，第2766-2771页)；Carta et al.in OrganicLetters,2008,vol.10(13),pp.2641-2643(Carta等人，《有机化学通讯》，2008年，第10卷，第13期，第2641-2643页)；PCT公布的专利申请WO 2005/012397 A2(McKeown等人)；以及美国专利申请公布号2006/0246273A1(McKeown等人)。此类聚合物可以例如通过逐步生长聚合法合成，其中在碱性条件下使诸如A1(5,5',6,6'-四羟基-3,3,3'3'-四甲基-1,1'-螺双茚)的双儿茶酚与诸如B1(四氟对苯二甲腈)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，并且是固有微孔的。
PIM可与其它材料共混。例如，PIM可与本身不是吸收性介电材料的材料共混。尽管不会增强分析物响应，但这样的材料可用于其它用途。例如，这样的材料可以允许形成具有优异的机械性能等的含PIM层。在一个实施方案中，PIM可以与其它材料一起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和其它聚合物二者的吸收性介电共混物层。PIM也可与称为吸收性介电材料的材料(例如，沸石、活性炭、硅胶、超高交联聚合物网等)共混。此类材料可包含悬浮在含有PIM材料的溶液中的不溶解的材料。涂布并干燥这样的溶液/悬浮液，可得到包括PIM材料和额外的吸收性介电材料二者的复合吸收性介电层。
PIM通常能溶于有机溶剂(例如四氢呋喃)，因此可由溶液浇注成膜(例如通过旋涂、浸涂或棒涂)。然而，由这些聚合物的溶液制备的膜的特性(可达成的厚度、光学透明度和/或外观)可能会有很大的不同，具体取决于浇注膜所用的溶剂或溶剂体系。
在PIM被沉积(如被涂布)或以其它方式形成以便包括吸收性介电层之后，可使用合适的交联剂(例如双(苯甲腈)二氯化钯(II))来将该材料交联。该工艺可以使得吸收性介电层不溶于有机溶剂，和/或可以提高某些应用中期望的某些物理特性，例如，耐久性、耐磨性等。
PIM可为疏水性的，使得它们吸收液态水的程度不会使其显著膨胀或者说不会在物理特性方面呈现出显著改变。此类疏水性质适用于提供对水的存在相对不敏感的有机分析物传感器元件。然而，该材料可包含用于特定目的的相对极性部分。
除了溶液涂布方法之外，可通过任何其它合适的方法将介电微孔材料施加到第一导电电极或第二导电电极中的任一个、或施加到任选介电基座。
介电微孔材料可包括连续基质。这样的基质被定义为某种组件(如涂层、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)。也就是说，连续基质与包含粒子聚集体(如沸石、活性炭、碳纳米管等)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(即使涂层本身以图案化的方式施加和/或包括颗粒添加剂)。通过粉末喷涂、涂布并干燥分散液(如，胶乳)、或通过涂布并干燥溶胶-凝胶混合物所沉积的大批粒子可能不构成连续的网。然而，如果这样的胶乳、溶胶凝胶等层可被压实，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，那么这样的层就可被视为连续基质。
合适的介电基座可包括能够支撑第一导电电极的任何材料和任选地第二导电材料以及介电微孔材料。介电基座可以是材料的连续块、层或膜。如果存在，那么它被设置成与第一导电电极足够邻近，使得它可以用于向传感器元件提供物理强度和完整性。介电基座不需要物理接触第一导电电极，尽管这是典型优选的。可使用具有结构完整性的任何固体材料(柔性或刚性的)，只要它不干扰传感器元件的操作。可用于介电基座的合适的介电材料包括(例如)玻璃、陶瓷和/或塑料。在一些实施方案中，基板具有第一导电电极设置在其上的平坦主表面。在大规模生产中，可有利地使用聚合物膜(诸如聚酯或聚酰亚胺)。
当横跨第一导电电极和第二导电电极施加差分电压时，传感器元件起可变电容器的作用，该可变电容器的电容随介电检测材料的介电常数而变化。在介电微孔材料接触分析物蒸汽(例如，有机分析物蒸汽)时，分析物蒸汽被吸收和/或吸收在介电微孔材料的孔中，从而导致其介电常数变化。
第一导电电极可包括任何合适的电导体，以及优选地导热、导电材料。可使用作为不同层或作为混合物的不同材料(导电和/或不导电)的组合，只要提供足够的整体导电性。第一导电电极对于待检测的分析物蒸汽不需要是可渗透的，然而这不是必须的。通常，第一导电电极具有小于约107欧姆/平方的薄层电阻。可用于制备第一导电电极的材料的示例包括(但不限于)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材料的多种混合物和复合物。在某些实施方案中，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。
第一导电电极可具有任何厚度，只要其是导电的；例如，它可具有在至少4纳米(nm)至1000nm、或者10nm至200nm范围内的厚度。
在一个实施方案中，第一导电电极被制造成使得它具有与第二导电电极的对应指部互相交叉的伸长指部。现参照图2，传感器元件210(传感器元件110的一个示例性实施方案)包括共面的第一导电电极212和第二导电电极214，其具有设置在介电基座270上的相应叉指型指部213、215。介电微孔材料216设置在第一导电电极212与第二导电电极214上以及其之间(即，至少部分地在其之间)，并且接触第一导电电极212和第二导电电极214。导线190和192通过相应的导电接合垫232、234连接到第一导电电极212和第二导电电极214。
在其它实施方案中，使用平行电极配置。现参照图3，传感器元件310(传感器元件110的一个示例性实施方案)包括第一导电电极312和第二导电电极314。第一导电电极312设置在任选的介电基座370上。介电微孔材料316设置在第一导电电极312和第二导电电极314之间，并且接触第一导电电极312和第二导电电极314。导线190、192连接到第一导电电极312和第二导电电极314。
第二导电电极可包括附加组分，只要其保持导电的以及任选地可由至少一种有机分析物蒸汽渗透。在传感器元件310的情况下，高度优选的是第二导电电极可由待检测的分析物蒸汽渗透。在图2所示的传感器元件210的情况下，第二导电电极可以是可由待检测分析物蒸汽渗透或不可由待检测分析物蒸汽渗透的，由于它以其他方式不显著地妨碍分析物与介电微孔材料的相互作用。
可用于制备第二导电电极的材料的示例包括有机材料、无机材料、金属、合金、以及包含这些材料中的任何或全部材料的各种混合物和复合物。在某些实施方案中，涂布的(例如热蒸镀或溅镀的)金属或金属氧化物、或它们的组合可用于形成第二导电电极，使得它是有机蒸汽可渗透的。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。在某些实施方案中，通过印刷银墨，然后使油墨干燥来形成第二导电电极。有关气相沉积的第二导电电极的细节也可在美国专利申请公布号2013/0229194A1(Palazzotto等人)中发现。可使用不同材料(导电和/或不导电的)的组合，作为不同的层或作为混合物，只要提供足够的整体导电性和渗透性。通常，第二可渗透导电电极具有小于约107欧姆/平方的薄层电阻。
第二导电电极通常具有在1nm至100nm范围内的厚度，尽管可使用其它厚度。例如，在一些实施方案中，第二导电电极可具有在1nm至3000nm、或甚至40nm至200nm范围内的厚度。较大厚度可具有不期望的低渗透性水平，而较小厚度可变得不充分导电和/或难以电连接到第二导电构件。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的、不间断的层，但如果需要，其可包括开口或其它间断。
有关包括微孔聚合物和银墨涂布的第二导电电极的电容相关特性传感器及其制造方法的另外细节可例如在美国专利申请公布号2011/0045601A1(Gryska等人)中发现，其中讨论第一导电电极和第二导电电极的并排布置以及平行板电极配置。在该实施方式中，检测层的物理厚度期望地在150至1200纳米的范围内，例如在500至900纳米的范围内，尽管也可使用更薄及更厚的检测层。
传感器元件可包括例如布置在单个冷却构件上的单个电容元件或多个电容元件(例如，如在PCT公布号WO 2013/090188 A1(Gryska等人)中描述的)。
冷却构件可包括能够将传感器元件冷却到低于环境温度的任何装置。合适装置的示例包括使制冷剂在导热盘管中循环的制冷盘管、冷却液储存器(例如，包含冰、干冰、或液氮)、以及热电冷却器(例如，珀尔帖模块)。如果电操作，冷却构件可与控制冷却构件操作的冷却控制电路电连通。在一些实施方案中，温度传感器被设置在邻近传感器元件。在此类情况下，温度传感器优选与冷却控制电路电连通，使得可有效地调节温度。
在一个实施方案中，冷却构件包括图4所示类型的热电冷却器。现参照图4，热电冷却器440包括散热器410；设置在散热器410上并且与散热器410热连通的第一陶瓷构件420；第二陶瓷构件430；串联电连接和并联热连接、并且夹在第一陶瓷构件420和第二陶瓷构件430之间的电互连(通过导电垫470)的交替n型441半导体和p型442半导体。冷却控制电路147中的直流(DC)电源450被取向成使得当电流穿过电互连的交替n型半导体和p型半导体时，第一陶瓷构件420被加热并且第二陶瓷构件430被冷却。通过向热电冷却器(TEC)施加低电压DC电源，热量将从第二陶瓷构件通过TEC移动到第一陶瓷构件，在该第一陶瓷构件中热量被转移到散热器并且耗散。热电冷却器的冷却能力与所施加的DC电流的量值和在模块的每个侧面上的热情况成比例。通过使输入电流从零改变到最大值，有可能调节热流以及控制表面温度。
第一陶瓷构件420和第二陶瓷构件430将整体结构机械地保持在一起，并且使单独元件彼此电绝缘以及与外部安装表面电绝缘。大部分可商购的热电冷却器的尺寸范围在大致2.5mm至50mm平方以及高度为2.5mm至5mm。各种不同的形状、金属化图案和安装选项是可商购的。
分析物响应介电层吸收足够的分析物时，与传感器元件相关的电气特性(包括(但不限于)电容、阻抗、电感、导纳、电流或电阻)中可发生可检测的变化。这种可检测的变化可被与第一导电电极和第二导电电极电连通的操作电路160检测到。在上下文中，“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特性的电气设备，其中电特性可以响应有机分析物的存在而发生变化。在各种实施方案中，操作电路可监测以下的任一个或组合：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。
在一个实施方案中，操作电路可包括单个设备，该设备既向导电电极施加电压，又监测传感器元件的电特性。在替代性实施方案中，这种操作电路可以包括两个单独的设备：一个提供电压、并且另一个监测信号。操作电路可通过导线连接到第一导电电极和/或第二导电电极。在替代性实施方案中，操作电路可被设置为通过连接装置与第一导电电极和/或第二导电电极直接接触，或者通过将操作电路的某个部分直接接触到每个电极的电气可触及区域与第一导电电极和/或第二导电电极直接接触。例如，操作电路可被设置为驻留在电路板或柔性电路背衬(其中的任一者也可用作介电基座)上。然后可将第一导电电极直接沉积到电路板/背衬上，使得它与操作电路的一部分直接接触。
操作电路可以包括(例如)电源(其可以包括电池或硬连线的电源；或者，可以通过(例如)给内置到操作电路中的RFID电路充电来间接地提供电源)。操作电路还可以包括一个或多个微处理器，其被构造成用于控制电极的充电和/或监测被充电的感测电极对的一个或多个电特性的变化。另外存在的可以是：模数转换器、用于存储源自传感器元件的数据的存储装置、用于操作传感器元件的软件、提供数据记录和/或单向或双向遥测能力的部件等。
根据本公开的蒸汽传感器用于检测分析物蒸汽(例如，挥发性有机化合物)。为在环境温度下检测和测量分析物蒸汽，将蒸汽传感器的传感器元件冷却到低于环境温度(即，比将检测分析物蒸汽的环境温度低的温度)。在一些实施方案中，低于环境温度比环境温度低至少10摄氏度、至少20摄氏度、至少30摄氏度、或甚至至少40摄氏度。在一些实施方案中，低于环境温度小于或等于0℃、-10℃、-20℃、-30℃。蒸汽传感器中的介电微孔材料随后暴露于分析物蒸汽；并且测量传感器元件的至少一个电特性(优选地电容)。
先前已经描述使用电容式传感器元件来测量分析物蒸汽浓度的方法。参见例如PCT公布号WO2013/090188A1(Palazzotto等人)和WO2012/141894A1(Kang等人)。
本公开的精选实施方案
在第一实施方案中，本公开提供一种蒸汽传感器，该蒸汽传感器包括：
传感器元件，其包括：
第一导电电极；
第二导电电极；以及
介电微孔材料，其至少部分地设置在第一导电电极和第二导电
电极之间，并且接触该第一导电电极和该第二导电电极；
冷却构件，其与该传感器元件接触，其中该冷却构件被构造成用于冷却该传感器元件；
操作电路，其与该传感器元件的该第一导电电极和该第二导电电极电连通，该操作电路在该第一导电电极和该第二导电电极之间形成电压差，使得该传感器元件具有电容相关特性，并且其中该操作电路能够监测该传感器元件的电容相关特性。
在第二实施方案中，本公开提供根据第一实施方案的蒸汽传感器，其还包括支撑至少冷却构件和操作电路的基板。
在第三实施方案中，本公开提供根据第一实施方案或第二实施方案的蒸汽传感器，其还包括设置在该第一导电电极和该冷却构件之间的介电基座，其中该介电基座与该第一导电电极和该冷却构件导热连通。
在第四实施方案中，本公开提供根据第一实施方案或第二实施方案的蒸汽传感器，其中该第一导电电极接触该冷却构件。
在第五实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第四实施方案中的任一个的蒸汽传感器，其中该冷却构件包括热电冷却器。
在第六实施方案中，本公开提供根据第五实施方案的蒸汽传感器，其中该热电冷却器包括：
散热器；
第一陶瓷构件，其设置在该散热器上并且与散热器热连通；
第二陶瓷构件；
电互连的交替n型半导体和p型半导体，其串联电连接和并联热连接、并且夹在该第一陶瓷构件和该第二陶瓷构件之间；以及
直流电源，其中该直流电源被取向成使得当电流穿过这些电互连的交替n型半导体和p型半导体时，该第一陶瓷构件被加热并且该第二陶瓷构件被冷却。
在第七实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第六实施方案中的任一个的蒸汽传感器，其中该冷却构件与控制该冷却构件操作的冷却控制电路电连通。
在第八实施方案中，本公开提供根据第七实施方案的蒸汽传感器，其还包括被设置成邻近该传感器元件的温度传感器，其中该温度传感器与该冷却控制电路电连通。
在第九实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第八实施方案中的任一个的蒸汽传感器，其中该第二导电电极可由至少一种有机蒸汽渗透。
在第十实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第九实施方案中的任一个的蒸汽传感器，其中该第二导电电极包括干银墨。
在第十一实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第九实施方案中的任一个的蒸汽传感器，其中该第二导电电极包括蒸汽沉积的金属。
在第十二实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第十一实施方案中的任一个的蒸汽传感器，其中该微孔材料包括固有微孔性聚合物。
在第十三实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第十二实施方案中的任一个的蒸汽传感器，其中该第一导电电极和该第二导电电极以及该介电微孔材料是共面的。
在第十四实施方案中，本公开提供根据第一实施方案至第十二实施方案中的任一个的蒸汽传感器，其中该第一导电电极和该第二导电电极是平行的。
在第十五实施方案中，本公开提供一种在环境温度下检测分析物蒸汽的方法，该方法包括顺序地：
提供根据第一实施方案至第十四实施方案中的任一个的蒸汽传感器；
将该传感器元件冷却到比环境温度低的低于环境温度；
将该微孔材料暴露于该分析物蒸汽；以及
测量该传感器元件的电容相关的电特性。
在第十六实施方案中，本公开提供根据第十五实施方案的方法，其中低于环境温度是比环境温度低至少10度。
在第十七实施方案中，本公开提供根据第十五实施方案的方法，其中低于环境温度是比环境温度低至少20度。
在第十八实施方案中，本公开提供根据第十五实施方案至第十七实施方案中的任一个的方法，其中低于环境温度是小于或等于零摄氏度。
在第十九实施方案中，本公开提供根据第十五实施方案至第十七实施方案中的任一个的方法，其中该至少一个电特性包括该传感器元件的电容。
通过以下非限制性示例，进一步说明了本公开的目的和优点，但是这些示例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。
实施例
除非另外指明，否则在示例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分数、比率等均以重量计。
固有微孔性聚合物(PIM)材料的制备：
大体根据Budd等人在《先进材料》(2004年，第16卷，第5期，第456-459页)中报告的过程，由5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺双茚和四氟对苯二腈制备PIM材料。5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺双茚(40.000g)与23.724g四氟对苯二腈、97.373g碳酸钾和1016.8gN,N-二甲基甲酰胺混合，并将混合物在68℃下反应72小时。将聚合混合物倾注到水中，并且通过真空过滤来分离沉淀。所得聚合物在四氢呋喃中两次溶解，通过甲醇进行沉淀，然后在室温下进行空气干燥。获得数均分子量为约41900g/mol的黄色固体产物，该分子量通过使用光散射检测的凝胶渗透色谱分析测定。
传感器元件的制备：
在PGO玻璃载片(玻璃编号0050-0050-0010-GF-CA，50mm×50mm，1.1mm厚，材料C-263，表面80/50，购自加利福尼亚州圣安娜的精密玻璃和光学器件公司(Precision Glass&Optics,Santa Ana,California))上制备传感器元件，该PGO玻璃载片通过以下方式清洁：将它们在LIQUI-NOX清洁剂溶液(购自纽约州白原的艾可纳公司(Alconox,Inc.of WhitePlains,New York))中浸泡30至60分钟，接着用刚毛刷子刷洗载片的每个侧面，将它们在温自来水下冲洗，随后用去离子水(DI水)作最终冲洗。允许载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、清洁的载片保存在7.6cm(3英寸)购自明尼苏达州查斯卡的英特格公司(Entegris)的晶片盒中。
通过以下方式将第一导电电极沉积在PGO玻璃载片上：使用正方形掩模(掩模A)以0.1纳米/秒(nm/sec)的速率热蒸汽涂布10.0nm钛(以来自马萨诸塞州沃德希尔的阿法埃莎公司(Alfa Aesar,Ward Hill,Massachusetts)的9.5mm×9.5mm、99.9+％纯度的钛条形式获得)，随后以0.1nm/sec热蒸汽涂布100.0nm镍(以来自阿法埃莎公司的3.175mm×3.175mm、99.995％纯度的条块形式获得)，该掩模具有顶部边界为0.46英寸(1.2cm)、底部边界为0.59英寸(1.5cm)且左和右边界为0.14英寸(0.35cm)的单一矩形开口，它由激光切割的1.16mm厚的不锈钢制备。利用购自纽约州东锡拉库扎的英福康公司(INFICON)的INFICONXTC/2薄膜沉积控制器来控制沉积工艺。
氯苯中5.6重量％的PIM溶液通过以下方式制备：将组分在小的广口瓶中混合，并将它放在辊磨机(来自新泽西州米尔维尔的惠顿科学产品公司(Wheaton ScienceProducts,Millville,New Jersey)的微型瓶辊编号348920)上约3小时，接着通过来自密西根州安娜堡的颇尔生命科学公司(PALL Life Sciences,Ann Arbor,Michigan)的具有1微米玻璃纤维膜过滤盘的ACRODISC 25MM注射器式过滤器过滤。使溶液静置过夜，使得形成的任何气泡可以逸出。
随后在所有传感器样本的制备中使用PIM溶液。为了涂布样本，将样本布置在旋涂机中，并将约0.5ml氯苯布置在样品上。每个样本以300rpm旋转15秒，然后以2000rpm旋转45秒。在旋涂特征图的第一个15秒分配该溶剂。然后，对于所有样本，在样本旋转的第一个15秒内分配约1mL的PIM溶液。针对所有样品使用以300rpm旋转15秒接着以2000rpm旋转45秒的旋涂特征图。在旋涂之后，使用购自美国加利福尼亚州圣塔克鲁兹的AMBiOS技术公司(AMBiOS Technology，Santa Cruz,California)的型号XP-1轮廓曲线仪来进行PIM厚度测量。在涂布之后，将所有样品在100℃下烘烤1小时。
通过激光铣削从24规格不锈钢制成2英寸(5cm)×2英寸(5cm)掩模(掩模B)，该掩模具有垂直分开0.22英寸(0.56cm)、水平分开0.48英寸(1.2cm)的四个0.60英寸(1.5cm)高x0.33英寸(0.84cm)宽矩形开口的2×2规则阵列。利用金(作为99.999％典型纯度的金属飞溅物得自威斯康辛州密尔沃基的斯爱克公司(Cerac Inc.,Milwaukee,Wisconsin))的热沉积通过掩模B以6nm厚度对第二导电电极进行气相沉积。
穿过24量规不锈钢LATE掩模，利用热沉积6nm厚度的金来蒸汽沉积第二导电电极。在沉积有源电极之后，沉积连接电极，方法如下：通过24量规不锈钢掩膜(掩膜C)热蒸汽涂布10.0nm的钛(作为9.5mm×9.5mm、99.9+％纯度的钛块得自阿法埃莎公司(Alfa Aesar))，然后热蒸汽涂布150.0nm的铝(4-8mm、99.999％纯度的铝块，得自阿法埃莎公司(AlfaAesar))。通过激光铣削从24量规不锈钢制成掩膜C，该掩膜是2英寸(5cm)x2英寸(5cm)掩模并且具有高为0.4英寸(1cm)、左侧和右侧边界为0.14英寸(0.36cm)以及间隔为0.92英寸(2.4cm)的两个水平矩形开口。使用INFICON XTC/2薄膜沉积控制器控制该沉积处理。
这个传感器制备工艺在约50mm×50mm的玻璃基板上制备了一组4个具有约5mm×6mm活性区域(未被连接电极覆盖的叠置的顶电极和底电极下方的区域)的传感器元件。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)将样品切片来制备单独的传感器元件，从而不损坏它们的正(活性)表面。在切片之后，使用普罗太克(Protek)万用表来针对电短路测试单独传感器元件。
在穿过DRIERITE硫酸钙干燥剂从而去除水分并穿过活性炭从而去除任何有机污物的空气中执行所有的测试。
电容测量方法：
在测试之前，使用对流烘箱在150℃下将蒸汽传感器(如以下所述的制备)烘烤15分钟。所有测试均在空气中进行，该空气通过硫酸钙干燥剂(作为DRIERITE，得自美国俄亥俄州齐尼亚的W.A.哈蒙德燥石膏有限公司(W.A.Hammond Drierite Co.Ltd.,Xenia,Ohio))来去除水分，并通过活性炭(作为Kuraray GG 12×20，得自日本大阪可乐丽化学有限公司(Kuraray Chemical Co.,Ltd.,Osaka,Japan))以消除任何有机污染物。使用通过系统以及与配有500微升气密注射器(得自华达州里诺的汉密尔顿公司(Hamilton Companyof Reno,Nevada))的注射器泵(作为KD SCIENTIFIC SYRINGE PUMP可购自马萨诸塞州霍利斯顿的KD科技有限公司(KD Scientific Inc.of Holliston,Massachusetts))的10L/分钟的干燥空气流来产生各种VOC溶剂蒸汽水平。注射器泵将VOC溶剂递送到悬于500mL三颈烧瓶中的一张滤纸上。干燥空气流穿过纸张并且蒸发溶剂。通过控制注射器泵以不同速率递送该溶剂，从而产生不同浓度的蒸汽。通过LABVIEW(可得自德克萨斯州奥斯汀的美国国家仪器公司(National Instruments of Austin,Texas)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。在一些情况(使用一组来自康乃狄克州州斯坦福德的欧米茄工程公司(Omega Engineering,Inc.,Stamford,Connecticut)的流量计)下，用干燥空气来稀释蒸汽流的部分以产生浓度非常低的分析物。使用MIRAN IR分析器(可得自马萨诸塞州沃尔瑟姆的赛默飞世尔科学公司(Thermo Fischer Scientific,Inc.ofWaltham,Massachusetts))验证设置的浓度。使用LCR测量计(作为Instek 821型LCR测量计，得自美国加利福尼亚州奇诺的英斯泰克美国公司(Instek America Corp.,Chino,California))在第一导电电极和第二导电电极两端在1000Hz下施加一伏来测量电容和耗散系数。
使用控制注射器泵的同一LABVIEW程序收集和存储该数据。在包含珀尔帖模块CP85338(得自明尼苏达州希弗里弗福斯的第吉基公司(Digi-Key Corporation,ThiefRiver Falls,Minnesota))和电容传感器的试验箱中进行测试。在测试期间，由单个输出DC电源(以名称1735A可购自马萨诸塞州梅尔罗斯的富创力公司(FotronicCorporation,Melrose,Massachusetts))控制珀尔帖模块的温度。传感器的背面在实验的持续时间中保持与珀尔帖模块的顶表面持续接触。珀尔帖模块的底表面与水冷却铜块散热器接触以增强系统的冷却能力。
给定溶剂在规定温度的电容测量以ΔC/Co对浓度的形式报告，其中Co是在缺乏分析物蒸汽时在规定温度下的传感器元件基线电容，并且ΔC＝(C测量)-Co，其中(C测量)是在存在分析物蒸汽时在规定温度下的测量电容。
比较例A
根据传感器元件的制备过程来制备传感器元件，并且根据电容测量方法来测试传感器元件。在测试之前，将传感器元件在烘箱中以150℃加热15分钟。通过在干燥空气中以6、12、25、50、100、200和400份/百万(ppm)的甲乙酮(MEK)针对每次浓缩在22℃的环境温度持续5分钟暴露时间来进行电容测量。MEK暴露在很宽的浓度范围内展示良好的传感器灵敏度和良好的动力学。在表2和图5中以ΔC/Co对浓度的形式报告结果。
比较例B
根据传感器元件制备过程来制备传感器元件，并且根据电容测量方法来测试传感器元件。在测试之前，将传感器元件在烘箱中以150℃加热15分钟。通过在干燥空气中以6、12、25、50、100、200和400份/百万(ppm)的MEK针对每次浓缩在60℃的升高温度持续5分钟暴露时间来进行电容测量。在表2和图5中以ΔC/Co对浓度的形式报告结果。
实施例1：
根据传感器元件制备过程来制备传感器元件，并且根据电容测量方法来测试传感器元件。在测试之前，将传感器元件在烘箱中以150℃加热15分钟。通过在干燥空气中以6、12、25、50、100、200和400每百万份数(ppm)的MEK针对每次浓缩在-6℃的低于环境温度持续5分钟暴露时间来进行电容测量。在表2和图5中以ΔC/Co对浓度的形式报告结果。
表2
实施例2至5和比较例C-F
针对实施例2至5和比较例C-F的中每一个，在实施例1中制备和测试传感器元件，不同的是使用在表3中指出的溶剂和温度以单个蒸汽浓度进行电容测量。针对实施例2至5和比较例C-F中的每一个，在表3中报告电容测量结果。
比较例C
根据传感器制备和电容测量方法来制备和测试传感器元件。在测试之前，将传感器在烘箱中以150℃加热15分钟。通过在干燥空气中以1份/百万(ppm)的异丙醇(IPA)在18.6℃的环境温度下持续5分钟暴露时间来进行电容测量。在表3中报告结果。
实施例2：
根据传感器制备和电容测量方法来制备和测试传感器元件。在测试之前，将传感器元件在烘箱中以150℃加热15分钟。通过干燥空气中以1ppm的异丙醇(IPA)蒸汽在-13.0℃的低于环境温度下持续5分钟暴露时间来进行电容测量。在表3中报告结果。
比较例D根据传感器制备和电容测量方法来制备和测试传感器元件。在测试之前，将传感器元件在烘箱中以150℃加热15分钟。通过干燥空气中以1ppm的甲醇蒸汽在17.6℃的环境温度下持续5分钟暴露时间来进行电容测量。在表3中报告结果。
实施例3：
根据传感器制备和电容测量方法来制备和测试传感器元件。在测试之前，将传感器元件在烘箱中以150℃加热15分钟。通过干燥空气中以1ppm的甲醇蒸汽在-10.0℃的低于环境温度下持续5分钟暴露时间来进行电容测量。在表3中报告结果。
比较例E根据传感器制备和电容测量方法来制备和测试传感器元件。在测试之前，将传感器元件在烘箱中以150℃加热15分钟。通过干燥空气中以1ppm的乙醇蒸汽在18.9℃的环境温度下持续5分钟暴露时间来进行电容测量。在表3中报告结果。
实施例4：
根据传感器制备和电容测量方法来制备和测试传感器元件。在测试之前，将传感器元件在烘箱中以150℃加热15分钟。通过干燥空气中以1ppm的乙醇蒸汽在-11.4℃的低于环境温度下持续5分钟暴露时间来进行电容测量。在表3中报告结果。
比较例F根据传感器制备和电容测量方法来制备和测试传感器元件。在测试之前，将传感器元件在烘箱中以150℃加热15分钟。通过干燥空气中以500份每十亿(ppb)的乙酸乙酯蒸汽在21.1℃的环境温度下持续5分钟暴露时间来进行电容测量。在表3中报告结果。
实施例5：
根据传感器制备和电容测量方法来制备和测试传感器元件。在测试之前，将传感器在烘箱中以150℃加热15分钟。通过干燥空气中以500份每十亿(ppb)的乙酸乙酯蒸汽在-18.3℃的低于环境温度下持续5分钟暴露时间来进行电容测量。在表3中报告结果。
以上获得专利证书的专利申请中所有引证的参考文献、专利或专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本专利申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述具体实施方式中的信息为准。为了使本领域的技术人员能够实现受权利要求书保护的本发明而给定的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims (19)

1.一种蒸汽传感器，包括：
传感器元件，所述传感器元件包括：
第一导电电极；
第二导电电极；以及
介电微孔材料，所述介电微孔材料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，并且接触所述第一导电电极和所述第二导电电极；
冷却构件，所述冷却构件与所述传感器元件接触，其中所述冷却构件被构造成用于冷却所述传感器元件；
操作电路，所述操作电路与所述传感器元件的所述第一导电电极和所述第二导电电极电连通，所述操作电路在所述第一导电电极与所述第二导电电极之间形成电压差，使得所述传感器元件具有电容相关特性，并且其中所述操作电路能够监测所述传感器元件的电容相关特性。
2.根据权利要求1所述的蒸汽传感器，其还包括至少支撑所述冷却构件和所述操作电路的基板。
3.根据权利要求1或2所述的蒸汽传感器，其还包括设置在所述第一导电电极与所述冷却构件之间的介电基座，其中所述介电基座与所述第一导电电极和所述冷却构件导热连通。
4.根据权利要求1或2所述的蒸汽传感器，其中所述第一导电电极接触所述冷却构件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的蒸汽传感器，其中所述冷却构件包括热电冷却器。
6.根据权利要求5所述的蒸汽传感器，其中所述热电冷却器包括：
散热器；
第一陶瓷构件，所述第一陶瓷构件设置在所述散热器上并与所述散热器热连通；
第二陶瓷构件；
电互连的交替n型半导体和p型半导体，所述电互连的交替n型半导体和p型半导体串联电连接和并联热连接，并且夹在所述第一陶瓷构件与所述第二陶瓷构件之间；以及
直流电源，其中所述直流电源被取向成使得当电流穿过所述电互连的交替n型半导体和p型半导体时，所述第一陶瓷构件被加热并且所述第二陶瓷构件被冷却。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的蒸汽传感器，其中所述冷却构件与控制所述冷却构件的操作的冷却控制电路电连通。
8.根据权利要求7所述的蒸汽传感器，其还包括被设置成邻近所述传感器元件的温度传感器，其中所述温度传感器与所述冷却控制电路电连通。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的蒸汽传感器，其中所述第二导电电极能够由至少一种有机蒸汽渗透。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的蒸汽传感器，其中所述第二导电电极包括干银墨。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的蒸汽传感器，其中所述第二导电电极包括蒸汽沉积的金属。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的蒸汽传感器，其中所述微孔材料包括固有微孔性聚合物。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的蒸汽传感器，其中所述第一导电电极和所述第二导电电极以及所述介电微孔材料是共面的。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的蒸汽传感器，其中所述第一导电电极和所述第二导电电极是平行的。
15.一种在环境温度下检测分析物蒸汽的方法，所述方法包括顺序地：
提供根据权利要求1至14中任一项所述的蒸汽传感器；
将所述传感器元件冷却到比所述环境温度低的低于环境温度；
将所述微孔材料暴露于所述分析物蒸汽；以及
测量所述传感器元件的所述电容相关电特性。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述低于环境温度比所述环境温度低至少10度。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述低于环境温度比所述环境温度低至少20度。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中所述低于环境温度小于或等于零摄氏度。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述至少一个电特性包括所述传感器元件的电容。
CN201580010854.0A 2014-02-27 2015-02-19 低于环境温度的蒸汽传感器和使用方法 Pending CN106062545A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201461945583P 2014-02-27 2014-02-27
US61/945,583 2014-02-27
PCT/US2015/016620 WO2015130548A1 (en) 2014-02-27 2015-02-19 Sub-ambient temperature vapor sensor and method of use

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106062545A true CN106062545A (zh) 2016-10-26

Family

ID=53005625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580010854.0A Pending CN106062545A (zh) 2014-02-27 2015-02-19 低于环境温度的蒸汽传感器和使用方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10161896B2 (zh)
EP (1) EP3111203A1 (zh)
JP (1) JP6576356B2 (zh)
KR (1) KR102414098B1 (zh)
CN (1) CN106062545A (zh)
WO (1) WO2015130548A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109142185A (zh) * 2018-08-30 2019-01-04 上海大学 一种水汽透过率测试系统和方法
CN111122185A (zh) * 2019-06-28 2020-05-08 浙江荷清柔性电子技术有限公司 旋转部件健康监测系统及机车

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10591388B2 (en) 2015-04-27 2020-03-17 Virtual Fluid Monitoring Services LLC Fluid analysis and monitoring using optical spectroscopy
MX2017013761A (es) 2015-04-27 2018-03-23 Virtual Fluid Monitoring Services LLC Sistemas, aparatos y metodos para el analisis y monitoreo de fluido.
US9780554B2 (en) * 2015-07-31 2017-10-03 Apple Inc. Moisture sensors
US10083883B2 (en) * 2016-06-20 2018-09-25 Applied Materials, Inc. Wafer processing equipment having capacitive micro sensors
WO2019246099A1 (en) * 2018-06-19 2019-12-26 Virtual Fluid Monitoring Services LLC Fluid analysis and monitoring using optical spectroscopy
US11828210B2 (en) 2020-08-20 2023-11-28 Denso International America, Inc. Diagnostic systems and methods of vehicles using olfaction
US11881093B2 (en) 2020-08-20 2024-01-23 Denso International America, Inc. Systems and methods for identifying smoking in vehicles
US11636870B2 (en) 2020-08-20 2023-04-25 Denso International America, Inc. Smoking cessation systems and methods
US11760170B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Olfaction sensor preservation systems and methods
US11813926B2 (en) 2020-08-20 2023-11-14 Denso International America, Inc. Binding agent and olfaction sensor
US11932080B2 (en) 2020-08-20 2024-03-19 Denso International America, Inc. Diagnostic and recirculation control systems and methods
US11760169B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Particulate control systems and methods for olfaction sensors

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09159594A (ja) * 1995-12-12 1997-06-20 Yokogawa Electric Corp ガス測定装置
CN1176385A (zh) * 1996-02-03 1998-03-18 塞比卢斯有限公司 用于检测有机物蒸汽和悬粒气体的方法和装置
WO1998029741A1 (en) * 1996-12-13 1998-07-09 Panametrics, Inc. Humidity sensor with differential thermal detection and method of sensing
EP2205965A2 (en) * 2007-10-05 2010-07-14 3M Innovative Properties Company Organic chemical sensor comprising microporous polymer, and method of use
WO2012141958A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 3M Innovative Properties Company Vapor sensor including sensor element with integral heating
CN102944325A (zh) * 2012-11-29 2013-02-27 东南大学 一种无源无线温、湿度集成传感器
CN103477215A (zh) * 2011-04-13 2013-12-25 3M创新有限公司 检测挥发性有机化合物的方法
CN103528603A (zh) * 2012-07-05 2014-01-22 北斗电子工业株式会社 静电电容式水分检测装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2794347B2 (ja) * 1991-03-11 1998-09-03 新コスモス電機株式会社 ガス濃度検出方法及び検知素子並びに検出装置
GB2328556A (en) * 1997-08-21 1999-02-24 Univ Cardiff Thermoelectric cooler for semiconductor devices
GB0317557D0 (en) 2003-07-26 2003-08-27 Univ Manchester Microporous polymer material
US7498802B2 (en) 2006-07-10 2009-03-03 3M Innovative Properties Company Flexible inductive sensor
US20080018424A1 (en) 2006-07-10 2008-01-24 3M Innovative Properties Company Inductive sensor
JP2013542422A (ja) 2010-09-30 2013-11-21 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー センサー素子、その製造方法、及びそれを含むセンサー装置
WO2012044419A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 3M Innovative Properties Company Sensor element, method of making the same, and sensor device including the same
CN103477217B (zh) 2011-04-13 2015-12-23 3M创新有限公司 包含校准信息的电子器件及其使用方法
US9279792B2 (en) * 2011-04-13 2016-03-08 3M Innovative Properties Company Method of using an absorptive sensor element
US9658198B2 (en) 2011-12-13 2017-05-23 3M Innovative Properties Company Method for identification and quantitative determination of an unknown organic compound in a gaseous medium
KR101367887B1 (ko) * 2012-03-16 2014-03-03 주식회사삼영에스앤씨 정전용량형 습도센서
CN105578969B (zh) 2013-09-26 2019-01-22 3M创新有限公司 适用于检测在皮肤部位处的醇残留的蒸汽传感器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09159594A (ja) * 1995-12-12 1997-06-20 Yokogawa Electric Corp ガス測定装置
CN1176385A (zh) * 1996-02-03 1998-03-18 塞比卢斯有限公司 用于检测有机物蒸汽和悬粒气体的方法和装置
WO1998029741A1 (en) * 1996-12-13 1998-07-09 Panametrics, Inc. Humidity sensor with differential thermal detection and method of sensing
EP2205965A2 (en) * 2007-10-05 2010-07-14 3M Innovative Properties Company Organic chemical sensor comprising microporous polymer, and method of use
WO2012141958A1 (en) * 2011-04-13 2012-10-18 3M Innovative Properties Company Vapor sensor including sensor element with integral heating
CN103477215A (zh) * 2011-04-13 2013-12-25 3M创新有限公司 检测挥发性有机化合物的方法
CN103477216A (zh) * 2011-04-13 2013-12-25 3M创新有限公司 包括具有集成加热的传感器元件的蒸气传感器
CN103528603A (zh) * 2012-07-05 2014-01-22 北斗电子工业株式会社 静电电容式水分检测装置
CN102944325A (zh) * 2012-11-29 2013-02-27 东南大学 一种无源无线温、湿度集成传感器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109142185A (zh) * 2018-08-30 2019-01-04 上海大学 一种水汽透过率测试系统和方法
CN109142185B (zh) * 2018-08-30 2020-05-05 上海大学 一种水汽透过率测试系统和方法
CN111122185A (zh) * 2019-06-28 2020-05-08 浙江荷清柔性电子技术有限公司 旋转部件健康监测系统及机车

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015130548A1 (en) 2015-09-03
US10161896B2 (en) 2018-12-25
KR20160127020A (ko) 2016-11-02
JP2017506751A (ja) 2017-03-09
US20170016843A1 (en) 2017-01-19
EP3111203A1 (en) 2017-01-04
JP6576356B2 (ja) 2019-09-18
KR102414098B1 (ko) 2022-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106062545A (zh) 低于环境温度的蒸汽传感器和使用方法
US7918977B2 (en) Solid state electrochemical gas sensor and method for fabricating same
US9341588B2 (en) Sensor element, method of making the same, and sensor device including the same
Song et al. A humidity sensor based on KCl-doped SnO2 nanofibers
US10228344B2 (en) Sensor element, method of making the same, and sensor device including the same
CN103477217B (zh) 包含校准信息的电子器件及其使用方法
EP2697637B1 (en) Vapor sensor including sensor element with integral heating
TWI786062B (zh) 環境感測器與用於環境感測器的方法
KR102131314B1 (ko) 센서 요소, 이의 제조 방법 및 사용 방법
Armitage et al. Conducting polymer percolation gas sensor on a flexible substrate
Su et al. Humidity sensing and electrical properties of a composite material of nano-sized SiO2 and poly (2-acrylamido-2-methylpropane sulfonate)
Zhu et al. Chemiresistive ionogel sensor array for the detection and discrimination of volatile organic vapor
Danesh et al. Non-solvent induced phase separation as a method for making high-performance chemiresistors based on conductive polymer nanocomposites
JPWO2019049693A1 (ja) ホルムアルデヒド検知センサ、および、それを用いたシステム
Zhang et al. A novel humidity sensor based on Na2Ti3O7 nanowires with rapid response-recovery
US10466190B1 (en) Thermally pulsed chemielectric point sensing
Gole Increasing energy efficiency and sensitivity with simple sensor platforms
Lee et al. Thermally/mechanically robust anodic aluminum oxide (AAO) microheater platform for low power chemoresistive gas sensor
Xu et al. Application research on the sensitivity of porous silicon
Huber et al. Detection of bad indoor environment with a miniaturized gas sensor system
Li et al. Effect of electrode configuration on capacitive humidity sensitivity of silicon nanoporous pillar array
JP2918392B2 (ja) 窒素酸化物検出センサ
Korotcenkov et al. Humidity-Sensitive Materials

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161026