CN110506202A - 气体传感器 - Google Patents

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Abstract

气体传感器(100)具备：基板(10)、配置在基板(10)上的第一导电体(20)以及第二导电体(25)、绝缘层(40)以及吸附材料层(30)。绝缘层(40)覆盖第一导电体(20)以及第二导电体(25)，并且具有：第一开口部(45)，使第一导电体(20)的表面的一部分露出；和第二开口部(46)，使第二导电体(25)的表面的一部分露出。吸附材料层(30)包括导电材料和能够附吸气体的有机吸附材料，并通过第一开口部(45)以及第二开口部(46)分别与第一导电体(20)以及第二导电体(25)接触。

Description

气体传感器
技术领域
本公开涉及气体传感器。
背景技术
作为用于检测气体的装置，已知气体传感器。气体传感器能够简便地检测气体。
如图11所示，在专利文献1中记载有用于检测气体的物质探测传感器300。物质探测传感器300具备导电性层330、第一电极320以及第二电极325。导电性层330分别覆盖第一电极320以及第二电极325。
通过使用物质探测传感器300，能够如下所述地检测气体。若气体与导电性层330接触，则导电性层330溶胀。由此，导电性层330的电阻值发生变化。通过测量导电性层330的电阻值的变化，能够检测气体。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2008/084582号
发明内容
发明要解决的课题
根据专利文献1所记载的物质探测传感器300，在气体的浓度低时，有时无法充分地检测气体。
本公开的目的在于提供一种用于更可靠地检测气体的技术。
用于解决课题的技术方案
即，本公开提供一种气体传感器，该气体传感器具备：
基板；
第一导电体以及第二导电体，配置在所述基板上；
绝缘层，覆盖所述第一导电体以及所述第二导电体，并且所述绝缘层具有第一开口部和第二开口部，所述第一开口部使所述第一导电体的表面的一部分露出，所述第二开口部使所述第二导电体的表面的一部分露出；以及
吸附材料层，包括导电材料和能够吸附气体的有机吸附材料，并通过所述第一开口部以及所述第二开口部分别与所述第一导电体以及所述第二导电体接触。
发明效果
根据本公开的气体传感器，能够更可靠地检测气体。
附图说明
图1是本公开的实施方式1所涉及的气体传感器的俯视图。
图2是沿着图1所示的气体传感器的II-II线的剖视图。
图3是用于说明在图1所示的气体传感器中多个第一开口部的位置以及多个第二开口部的位置的图。
图4是本公开的一个实施方式所涉及的气体传感器集合体的俯视图。
图5是本公开的实施方式1的变形例所涉及的气体传感器的俯视图。
图6是沿着图5所示的气体传感器的VI-VI线的剖视图。
图7是实施方式2所涉及的气体传感器的俯视图。
图8是实施方式3所涉及的气体传感器的俯视图。
图9是示出样本1～5各自的吸附材料层的电阻的变化率的图表。
图10是示出样本2、6以及7各自的吸附材料层的电阻的变化率的图表。
图11是以往的气体传感器的俯视图。
具体实施方式
本公开的第一方式所涉及的气体传感器具备：
基板；
第一导电体以及第二导电体，配置在所述基板上；
绝缘层，覆盖所述第一导电体以及所述第二导电体，所述绝缘层具有第一开口部和第二开口部，所述第一开口部使所述第一导电体的表面的一部分露出，所述第二开口部使所述第二导电体的表面的一部分露出；以及吸附材料层，包括导电材料和能够吸附气体的有机吸附材料，并通过所述第一开口部以及所述第二开口部分别与所述第一导电体以及所述第二导电体接触。
根据第一方式，当有机吸附材吸附了气体时，吸附材料层的体积发生变化。详细地说，吸附材料层膨胀或者收缩。通过吸附材料层的体积发生变化，吸附材料层中的导电材料彼此的位置关系发生变化。由此，吸附材料层中的电流的路径发生变化。在气体传感器中，电流不从被绝缘层覆盖的第一导电体的表面流到吸附材料层。电流不从被绝缘层覆盖的第二导电体的表面流到吸附材料层。即，吸附材料层中的电流的路径的数量较少。因此，由导电材料彼此的位置关系发生变化而引起的电流的路径的变化较大。若电流的路径的变化较大，则吸附材料层的电阻发生较大变化。由于吸附材料层的电阻发生较大变化，因此能够更可靠地检测气体。
在本公开的第二方式中，例如，在第一方式所涉及的气体传感器中，所述绝缘层具有多个所述第一开口部以及多个所述第二开口部。根据第二方式，能够稳定地检测伴随电流的路径的变化而引起的吸附材料层的电阻的变化。由此，能够稳定地检测气体。
在本公开的第三方式中，例如，在第二方式所涉及的气体传感器中，多个所述第一开口部排列为圆弧状，多个所述第二开口部排列为圆弧状。根据第三方式，能够稳定地检测伴随电流的路径的变化而引起的吸附材料层的电阻的变化。由此，能够稳定地检测气体。
在本公开的第四方式中，例如，在第三方式所涉及的气体传感器中，所述吸附材料层在俯视下具有圆或者环的形状，在俯视所述吸附材料层时，多个所述第一开口部位于与由所述吸附材料层的外周缘规定的虚拟圆为同心的关系的虚拟圆上，多个所述第二开口部位于与由所述吸附材料层的所述外周缘规定的所述虚拟圆为同心的关系的虚拟圆上。根据第四方式，当吸附材料层吸附了气体，吸附材料层在由吸附材料层的外周缘规定的虚拟圆的半径方向上膨胀或者收缩。多个第一开口部位于与由吸附材料层的外周缘规定的虚拟圆为同心的关系的虚拟圆上。进而，多个第二开口部位于与由吸附材料层的外周缘规定的虚拟圆为同心的关系的虚拟圆上。因此，当吸附材料层膨胀或者收缩时，电流的路径的变化的偏差被抑制。由此，能够稳定地检测伴随电流的路径的变化而引起的吸附材料层的电阻的变化。因此，能够稳定地检测气体。
在本公开的第五方式中，例如，在第四方式所涉及的气体传感器中，从多个所述第一开口部中选择的一个所述第一开口部和从多个所述第二开口部中选择的一个所述第二开口部位于从多条虚拟直线中选择的一条所述虚拟直线上，该多条虚拟直线从由所述吸附材料层的所述外周缘规定的所述虚拟圆的中心以放射状延伸。根据第五方式，能够更稳定地检测气体。
在本公开的第六方式中，例如，在第二方式所涉及的气体传感器中，多个所述第一开口部排列为直线状，多个所述第二开口部排列为直线状。根据第六方式，能够稳定地检测伴随电流的路径的变化而引起的吸附材料层的电阻的变化。由此，能够稳定地检测气体。
在本公开的第七方式中，例如，在第六方式所涉及的气体传感器中，所述吸附材料层在俯视下具有矩形的形状，在俯视所述吸附材料层时，多个所述第一开口部沿着从构成所述吸附材料层的外周缘的多条轮廓线中选择的至少一条所述轮廓线延伸的方向排列，多个所述第二开口部沿着多个所述第一开口部排列的方向排列。根据第七方式，当吸附材料层吸附了气体时，吸附材料层在构成吸附材料层的外周缘的多条轮廓线分别延伸的方向上膨胀或者收缩。多个第一开口部沿着从构成吸附材料层的外周缘的多条轮廓线中选择的至少一条轮廓线延伸的方向排列。进而，多个第二开口部沿着多个第一开口部排列的方向排列。因此，当吸附材料层膨胀或者收缩时，电流的路径的变化的偏差被抑制。由此，能够稳定地检测伴随电流的路径的变化而引起的吸附材料层的电阻的变化。因此，能够稳定地检测气体。
在本公开的第八方式中，例如，在第一～第七方式中的任意一个方式所涉及的气体传感器中，所述第一开口部的全部在俯视下与所述第一导电体重叠，所述第二开口部的全部在俯视下与所述第二导电体重叠。根据第八方式，能够稳定地检测伴随电流的路径的变化的吸附材料层的电阻的变化。由此，能够稳定地检测气体。
在本公开的第九方式中，例如，在第一～第八方式中的任意一个方式所涉及的气体传感器中，所述有机吸附材料包括从由聚亚烷基二醇类、聚酯类、硅酮类、甘油类、腈类、二羧酸单酯类以及脂肪族胺类构成的组中选择的至少一种。根据第九方式，有机吸附材料能够容易地吸附气体。
在本公开的第十方式中，例如，在第一～第九方式中的任意一个方式所涉及的气体传感器中，所述导电材料包括炭黑。根据第十方式，当有机吸附材料的体积变化时，吸附材料层的电阻发生更大地变化。因此，能够更可靠地检测气体。
在本公开的第十一方式中，例如，在第十方式所涉及的气体传感器中，所述炭黑的重量相对于所述吸附材料层的重量的比率处于0.25～0.95的范围。根据第十一方式，电流容易从第一导电体或者第二导电体流向吸附材料层。因此，能够容易测量吸附材料层的电阻。
在本公开的第十二方式中，例如，在第一～第十一方式中的任意一个方式所涉及的气体传感器中，俯视下的所述第一开口部以及所述第二开口部的面积分别处于0.2～2000μm2的范围。根据第十二方式，由于吸附材料层中的电流的路径的数量足够少，因此通过电流的路径的变化，吸附材料层的电阻发生更大地变化。因此，能够更可靠地检测气体。进而，电流容易从第一导电体或者第二导电体流向吸附材料层。因此，能够容易测量吸附材料层的电阻。
在本公开的第十三方式中，例如，在第一～第十二方式中的任意一个方式所涉及的气体传感器中，所述第一开口部以及所述第二开口部分别在俯视下具有圆的形状，所述第一开口部以及所述第二开口部的直径分别处于0.5～50μm的范围。根据第十三方式，吸附材料层中的电流的路径的数量足够少，通过电流的路径的变化，吸附材料层的电阻发生更大地变化。因此，能够更可靠地检测气体。进而，电流容易从第一导电体或者第二导电体流向吸附材料层。因此，能够容易测量吸附材料层的电阻。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。本公开不限于以下的实施方式。
(实施方式1)
如图1以及图2所示，本实施方式1所涉及的气体传感器100具备基板10、第一导电体20、第二导电体25、绝缘层40以及吸附材料层30。基板10例如是板状。基板10例如在俯视下具有矩形或者圆的形状。在本实施方式中，基板10在俯视下具有圆的形状。第一导电体20以及第二导电体25分别作为电极发挥功能。
第一导电体20配置在基板10上。第一导电体20的下表面与基板10的上表面相接。第一导电体20的形状不特别限定。第一导电体20例如在俯视下具有圆弧或者环的形状。在本实施方式中，第一导电体20在俯视下具有圆弧的形状，并且具有带状的形状。由第一导电体20的外周面规定的虚拟圆的中心可以与基板10的表面的重心(基板10的上表面的中心)一致，也可以不一致。从基板10的表面的重心到第一导电体20的距离相对于基板10的表面的半径的比率可以处于0.1～0.8的范围。
第一导电体20包括露出于气体传感器100的外侧的露出部20a。在图1中，露出部20a越过基板10的外周面向基板10的外侧延伸。然而，第一导电体20也可以不具有越过基板10的外周面向基板10的外侧延伸的部分。例如，可以在基板10设置开口部，第一导电体20的下表面的一部分通过该开口部露出于气体传感器100的外侧。此时，第一导电体20的下表面的一部分相当于露出部20a。
第二导电体25配置在基板10上。第二导电体25的下表面与基板10的上表面相接。第二导电体25的形状不特别限定。第二导电体25例如包围第一导电体20。即，第二导电体25也可以在基板10的表面的半径方向上位于比第一导电体20更靠外侧。第二导电体25不与第一导电体20相接。第二导电体25例如在俯视下具有圆弧或者环的形状。在本实施方式中，第二导电体25在俯视下具有圆弧的形状，并且具有带状的形状。由第二导电体25的外周面规定的虚拟圆的中心可以与基板10的表面的重心一致，也可以不一致。由第二导电体25的外周面规定的虚拟圆的中心可以与由第一导电体20的外周面规定的虚拟圆的中心一致，也可以不一致。在本实施方式中，第一导电体20以及第二导电体25配置为同心圆状。从基板10的表面的重心到第二导电体25的距离相对于基板10的表面的半径的比率可以处于0.2～0.9的范围。
第二导电体25包括露出于气体传感器100的外侧的露出部25a。在图1中，露出部25a越过基板10的外周面向基板10的外侧延伸。但是，第二导电体25也可以不具有越过基板10的外周面向基板10的外侧延伸的部分。例如，可以通过在基板10设置开口部，从而第二导电体25的下表面的一部分露出于气体传感器100的外侧。此时，第二导电体25的下表面的一部分相当于露出部25a。
绝缘层40分别覆盖第一导电体20以及第二导电体25。绝缘层40分别与第一导电体20以及第二导电体25接触。绝缘层40可以覆盖基板10的整个上表面。绝缘层40也可以部分地覆盖基板10的上表面。
绝缘层40具有第一开口部45以及第二开口部46。第一开口部45使第一导电体20的表面的一部分露出。第一开口部45与第一导电体20的上表面重叠。例如，第一开口部45的全部在俯视下与第一导电体20重叠。第一开口部45在厚度方向上贯通绝缘层40。除了第一开口部45，绝缘层40覆盖第一导电体20的整个上表面以及整个侧面。
绝缘层40可以具有多个第一开口部45。多个第一开口部45的数量不特别限定。多个第一开口部45的数量可以处于1～20的范围，可以处于2～8的范围，可以处于2～4的范围，也可以处于2～3的范围。在本实施方式中，绝缘层40具有多个第一开口部45a、45b、45c以及45d。多个第一开口部45a、45b、45c以及45d排列为圆弧状。换言之，多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着第一导电体20的长度方向排列。详细地说，多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着第一导电体20的周向排列。在本实施方式中，多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着第一导电体20的周向以等间隔排列。
第二开口部46使第二导电体25的表面的一部分露出。第二开口部46与第二导电体25的上表面重叠。例如，第二开口部46的全部在俯视下与第二导电体25重叠。第二开口部46在厚度方向上贯通绝缘层40。除了第二开口部46，绝缘层40覆盖第二导电体25的整个上表面以及整个侧面。
绝缘层40可以具有多个第二开口部46。多个第二开口部46的数量不特别限定。多个第二开口部46的数量可以处于1～20的范围，可以处于2～8的范围，可以处于2～4的范围，也可以处于2～3的范围。多个第二开口部46的数量可以与多个第一开口部45的数量相同，也可以不同。在本实施方式中，绝缘层40具有多个第二开口部46a、46b、46c以及46d。多个第二开口部46a、46b、46c以及46d排列为圆弧状。换言之，多个第二开口部46a、46b、46c以及46d沿着第二导电体25的长度方向排列。详细地说，多个第二开口部46a、46b、46c以及46d沿着第二导电体25的周向排列。在本实施方式中，多个第二开口部46a、46b、46c以及46d沿着第二导电体25的周向以等间隔排列。
第一开口部45以及第二开口部46各自的形状不特别限定。第一开口部45以及第二开口部46例如分别在俯视下具有圆或者矩形的形状。俯视下的第一开口部45以及第二开口部46的面积分别可以处于0.2～200000μm2的范围，可以处于0.2～2000μm2的范围，也可以处于15～25μm2的范围。此时，由于吸附材料层30中的电流的路径的数量足够少，因此通过电流的路径的变化，吸附材料层30的电阻发生更大地变化。因此，能够更可靠地检测气体。进而，电流容易地从第一导电体20或者第二导电体25流向吸附材料层30。因此，能够容易地测量吸附材料层30的电阻。第一开口部45以及第二开口部46分别在俯视下具有圆的形状时，第一开口部45以及第二开口部46的直径可以分别处于0.5～500μm的范围，可以处于0.5～50μm的范围，也可以处于4.37～5.64μm的范围。能够通过以电子显微镜观察绝缘层40的表面来测量俯视下的第一开口部45以及第二开口部46的面积以及直径。
吸附材料层30通过第一开口部45以及第二开口部46分别与第一导电体20以及第二导电体25接触。例如，如图1以及图2所示，吸附材料层30通过第一开口部45c与第一导电体20接触。吸附材料层30通过第二开口部46c与第二导电体25接触。因此，当向第一导电体20以及第二导电体25施加电压时，电流流向吸附材料层30。由此，能够测量吸附材料层30的电阻。吸附材料层30配置在绝缘层40上。吸附材料层30覆盖绝缘层40的整个上表面以及整个侧面。吸附材料层30也可以仅部分地覆盖绝缘层40的上表面以及侧面。吸附材料层30可以覆盖基板10的整个上表面，也可以部分地覆盖基板10的上表面。吸附材料层30可以与基板10相接，也可以不相接。
吸附材料层30的厚度根据应检测的气体的种类、吸附材料层30的组成等来确定。吸附材料层30越薄，越能够稳定地测量吸附材料层30的电阻。吸附材料层30的厚度可以处于0.1～10μm的范围。吸附材料层30的形状不特别限定。吸附材料层30例如在俯视下具有圆或者环的形状。在本实施方式中，吸附材料层30在俯视下具有环的形状。俯视下的吸附材料层30的面积例如处于0.002～50mm2的范围。
如图3所示，在本实施方式中，在俯视吸附材料层30时，多个第一开口部45a、45b、45c以及45d位于与由吸附材料层30的外周缘30a规定的虚拟圆C1为同心的关系的虚拟圆C2上。另外，在图3中，为了方便，省略了第一导电体20以及第二导电体25。多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着虚拟圆C2以等角度间隔排列。
在本实施方式中，在俯视吸附材料层30时，多个第二开口部46a、46b、46c以及46d位于与虚拟圆C1处于同心的关系的虚拟圆C3上。虚拟圆C3与虚拟圆C2不同。多个第二开口部46a、46b、46c以及46d沿着虚拟圆C3以等角度间隔排列。
在本实施方式中，多个第一开口部45a以及45c和多个第二开口部46a以及46c位于虚拟直线L1上。多个第一开口部45b以及45d和多个第二开口部46b以及46d位于虚拟直线L2上。虚拟直线L1以及虚拟直线L2分别从虚拟圆C1的中心O以放射状延伸。虚拟直线L1与虚拟直线L2正交。
如图1所示，气体传感器100还可以具备第一壁部11。第一壁部11包围基板10的表面。第一壁部11在俯视下具有环的形状。第一壁部11从基板10向上方(基板10的厚度方向)延伸。由第一壁部11包围的基板10的表面例如具有圆的形状。第一壁部11与基板10的外周缘连接。第一壁部11可以与基板10进行一体化。换言之，第一壁部11可以是基板10的一部分。第一壁部11延伸到比吸附材料层30更靠上方。第一壁部11的内周面与吸附材料层30相接。
气体传感器100还可以具备第二壁部12。第二壁部12从基板10的表面的一部分向上方延伸。第二壁部12的形状例如为圆柱状或者圆筒状。第二壁部12与基板10的表面的一部分连接。第二壁部12可以与基板10进行一体化。换言之，第二壁部12可以是基板10的一部分。第二壁部12被第一导电体20包围。第二壁部12的外周面包围基板10的表面的重心。第二壁部12延伸到比吸附材料层30更靠上方。第二壁部12的外周面与吸附材料层30相接。吸附材料层30配置在第一壁部11和第二壁部12之间。
基板10的材料只要是能够维持气体传感器100的形状的材料即可，不特别限制。基板10例如是Si基板、金属板、玻璃板或者高分子膜。
第一导电体20的材料以及第二导电体25的材料只要是能够施加电压的材料即可，不特别限制。第一导电体20以及第二导电体25例如分别包括从由银、金、铜、铂以及铝组成的组中选择的至少一种金属。第一导电体20的材料可以与第二导电体25的材料相同。
绝缘层40的材料只要具有绝缘性即可，不特别限制。绝缘层40的材料例如包括从由绝缘性的高分子材料、陶瓷以及玻璃组成的组中选择的至少一种。绝缘性的高分子材料例如包括从由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、环氧树脂、氟树脂、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、醋酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚苯硫醚以及聚醚酰亚胺组成的组中选择的至少一种。陶瓷例如包括从由SiO2、Si3N4、Al2O3、Zr2O3以及MgO组成的组中选择的至少一种。
吸附材料层30包括导电材料和有机吸附材料。由于吸附材料层30包括导电材料，因此能够使电流流过吸附材料层30。通过使电流流过吸附材料层30，能够测量吸附材料层30的电阻。导电材料只要具有导电性即可，不特别限制。导电材料例如包括从由炭材料、导电性聚合物、金属材料、金属氧化物、半导体材料、超导体以及络合物组成的组中选择的至少一种。
炭材料例如包括从由炭黑、石墨、焦炭、碳纳米管、石墨烯以及富勒烯组成的组中选择的至少一种。导电性聚合物例如包括从由聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯以及多乙炔组成的组中选择的至少一种。金属材料例如包括从由银、金、铜、铂以及铝组成的组中选择的至少一种。金属氧化物例如包括从由氧化铟、氧化锡、氧化钨、氧化锌以及氧化钛组成的组中选择的至少一种。半导体材料例如包括从由硅、砷化镓、磷化铟以及硫化钼组成的组中选择的至少一种。超导体例如包括从由YBa2Cu3O7以及Tl2Ba2Ca2Cu3O10组成的组中选择的至少一种。络合物例如包括从由四甲基对苯二胺和氯醌的络合物、四氰基对苯醌二甲烷和碱金属的络合物、四硫富瓦烯和卤素的络合物、铱和卤代羰基化合物的络合物以及四氰基铂组成的组中选择的至少一种。
导电材料典型地包括炭黑。当导电材料包括炭黑时，吸附材料层的电阻发生更大地变化。因此，能够更可靠地检测气体。
吸附材料层30典型地包括导电材料的颗粒。导电材料的颗粒的平均颗粒直径可以处于10～300nm的范围。“平均颗粒直径”能够以以下方法测量。以电子显微镜观察吸附材料层30的表面或者剖面，测量吸附材料层30中包括的任意的数量的颗粒(例如50个)的直径。通过使用所得到的测量值而计算的平均值，来确定平均颗粒直径。能够将具有与以电子显微镜观察的颗粒的面积相等的面积的圆的直径视为颗粒直径。
导电材料的重量相对于吸附材料层30的重量的比率可以处于0.05～0.95的范围，也可以处于0.25～0.95的范围。导电材料的重量相对于吸附材料层30的重量的比率可以为0，5。当导电材料为炭黑时，炭黑的重量相对于吸附材料层30的重量的比率可以处于0.25～0.95的范围。此时，电流容易从第一导电体20或者第二导电体25流向吸附材料层30。因此，能够容易地测量吸附材料层30的电阻。
有机吸附材料能够吸附气体。通过有机吸附材料吸附气体，吸附材料层30的体积发生变化。有机吸附材料的材料根据应检测的气体的种类、导电材料的种类等来确定。有机吸附材料的材料例如包含作为气相色谱的柱的固定相而出售的材料。有机吸附材料的材料例如包括从由高分子材料以及低分子材料组成的组中选择的至少一种。有机吸附材料例如包括从由聚亚烷基二醇类、聚酯类、硅酮类、甘油类、腈类、二羧酸单酯类以及脂肪族胺类构成的组中选择的至少一种。此时，有机吸附材料能够容易地吸附气体。
聚亚烷基二醇类例如包括聚乙二醇。聚酯类例如包括从由聚(二甘醇己二酸)以及聚(琥珀酸乙二醇酯)组成的组中选择的至少一种。硅酮类例如包括从由二甲基硅氧烷、苯基甲基硅氧烷、三氟丙基甲基硅氧烷以及氰基硅氧烷组成的组中选择的至少一种。甘油类例如包括二甘油。腈类例如包括从由N，N-双(2-氰基乙基)甲酰胺以及1，2，3-三(2-氰基乙氧基)丙烷组成的组中选择的至少一种。二羧酸单酯类例如包括从由对苯二甲酸对苯二甲酸改性的聚乙二醇以及琥珀酸二甘醇酯组成的组中选择的至少一种。脂肪族胺类例如包括四羟基乙基乙二胺。
有机吸附材料的重量相对于吸附材料层30的重量的比率根据应检测的气体的种类、导电材料的种类等而确定。有机吸附材料的重量相对于吸附材料层30的重量的比率可以处于0.05～0.95的范围。
吸附材料层30还可以包括添加剂。添加剂例如包括分散剂。
第一壁部11的材料以及第二壁部12的材料的每一个不特别限定。第一壁部11的材料以及第二壁部12的材料可以分别具有疏水性。第一壁部11的材料以及第二壁部12的材料例如分别包括疏水性的高分子材料。疏水性的高分子材料例如包括从由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、环氧树脂以及氟树脂组成的组中选择的至少一种。第一壁部11的材料可以与第二壁部12的材料相同。第一壁部11的材料以及第二壁部12的材料可以分别与基板10的材料相同。
接下来，说明气体传感器100的制造方法。
首先，将第一导电体20以及第二导电体25分别配置在基板10上。在基板10上分别配置第一导电体20以及第二导电体25的方法不特别限定。例如，通过使金属堆积在基板10上，能够使第一导电体20以及第二导电体25分别配置在基板10上。作为使金属堆积的方法，可举出溅射法、离子镀法、电子束蒸镀法、真空蒸镀法、化学蒸镀法、化学气相法等。
接下来，制作绝缘层40。制作绝缘层40的方法不特别限定。绝缘层40例如能够以以下方法制作。制备包括绝缘性的高分子材料的分散液。分散液通过使绝缘性的高分子材料分散在涂敷用溶剂中而得到。涂敷用溶剂例如包括从由水以及有机溶剂组成的组中选择的至少一种。
以所希望的图案分别在第一导电体20以及第二导电体25上涂敷分散液，形成涂敷膜。作为涂敷膜的形成方法，可举出印刷法。通过使涂敷膜干燥，形成绝缘层40的前体层。
接下来，在绝缘层40的前体层形成第一开口部45以及第二开口部46。由此，能够制作绝缘层40。形成第一开口部45以及第二开口部46的方法不特别限定。第一开口部45以及第二开口部46例如能够通过对绝缘层40的前体层照射离子束来形成。第一开口部45以及第二开口部46例如也能够通过对绝缘层40的前体层进行蚀刻来形成。
接下来，制作吸附材料层30。首先，制备包括导电材料以及有机吸附材料的分散液。分散液通过使导电材料以及有机吸附材料分散在涂敷用溶剂中而得到。涂敷用溶剂例如包括从由水以及有机溶剂组成的组中选择的至少一种。接下来，在绝缘层40上涂敷分散液，形成涂敷膜。通过使涂敷膜干燥，形成吸附材料层30。
以上述方法形成的吸附材料层30通常在基板10的表面的周向上具有均匀的厚度。在本实施方式的气体传感器100中，第一导电体20以及第二导电体25在俯视下具有圆弧或者环的形状。因此，吸附材料层30沿着第一导电体20具有均匀的厚度。同样地，吸附材料层30沿着第二导电体25具有均匀的厚度。此时，能够稳定地测量吸附材料层30的电阻。
当气体传感器100具备第一壁部11以及第二壁部12时，能够均匀地涂敷分散液。即，能够使吸附材料层30的厚度均匀。当第一壁部11以及第二壁部12分别具有疏水性时，在分散液和第一壁部11以及第二壁部12的各自之间产生的表面张力低。因此，能够使吸附材料层30的厚度更均匀。
接下来，对使用气体传感器100的气体的检测方法进行说明。
首先，将第一导电体20的露出部20a和第二导电体25的露出部25a分别与检测器连接。检测器能够向第一导电体20以及第二导电体25施加电压。当向第一导电体20以及第二导电体25施加电压时，电流流过吸附材料层30。检测器能够基于流过吸附材料层30的电流来测量吸附材料层30的电阻。
接下来，将气体传感器100放置在包括有气体的气氛下。气体例如包括挥发性有机化合物。挥发性有机化合物例如包括从由酮类、胺类、醇类、芳香族烃类、醛类、酯类、有机酸、硫化氢、甲硫醇、二硫化物以及吡咯组成的组中选择的至少一种。
当气体与气体传感器100接触时，吸附材料层30的有机吸附材料吸附气体。当有机吸附材吸附了气体时，吸附材料层30的体积发生变化。详细地说，吸附材料层30膨胀或者收缩。通过吸附材料层30的体积发生变化，吸附材料层30中的导电材料彼此的位置关系发生变化。在气体传感器100中，电流不会从被绝缘层40覆盖的第一导电体20的表面流向吸附材料层30。电流不会从被绝缘层40覆盖的第二导电体25的表面流向吸附材料层30。即，吸附材料层30中的电流的路径的数量较少。因此，由导电材料彼此的位置关系发生变化而引起的电流的路径的变化较大。若电流的路径的变化较大，则吸附材料层30的电阻发生较大变化。由于吸附材料层30的电阻发生较大变化，因此能够更可靠地检测气体。根据本实施方式的气体传感器100，即使气体的浓度处于0.1～1000ppm的范围，也能够检测气体。
在本实施方式中，吸附材料层30在俯视下具有环的形状。因此，当吸附材料层30吸附气体时，吸附材料层30在虚拟圆C1的半径方向上膨胀或者收缩。多个第一开口部45a、45b、45c以及45d位于虚拟圆C2上。进而，多个第二开口部46a、46b、46c以及46d位于虚拟圆C3上。由于虚拟圆C1、C2以及C3处于相互同心的关系，因此在吸附材料层30膨胀或者收缩时，电流的路径的变化的偏差被抑制。特别是，在本实施方式中，由于多个第一开口部45a、45b、45c以及45d和多个第二开口部46a、46b、46c以及46d位于虚拟直线L1或者L2上，因此电流的路径的变化的偏差被进一步抑制。由此，能够稳定地检测伴随电流的路径的变化的吸附材料层30的电阻的变化。因此，通过气体传感器100，能够稳定地检测气体。
接下来，说明本实施方式所涉及的气体传感器集合体。
如图4所示，气体传感器集合体200具备多个气体传感器100和基板210。基板210例如为板状。基板210例如在俯视下具有矩形的形状。基板210具有两组相互相对的一对端面。
多个气体传感器100中的每一个配置在基板210上。多个气体传感器100分别与检测器(省略图示)连接。从多个气体传感器100中选择的至少两个气体传感器100各自的吸附材料层30可以由相互相同的材料构成。此时，气体传感器集合体200对特定气体的检测精度提高。从多个气体传感器100中选择的至少两个气体传感器100各自的吸附材料层30可以由互不相同的材料构成。多个气体传感器100各自的吸附材料层30中包括的有机吸附材料的种类也可以相互不同。此时，多个气体传感器100对于特定气体示出相互不同的行为。例如，难以被特定气体传感器100吸附的气体被其他的气体传感器100吸附。由此，气体传感器集合体200能够检测包括多种气体的混合气体。
气体传感器集合体200所具备的多个气体传感器100的数量不特别限定。多个气体传感器100的数量例如为16。在图4中，四个气体传感器100排列在从基板210的一对端面中的一个端面朝向另一个端面的方向上。四个气体传感器100排列在从基板210的另一对端面中的一个端面朝向另一个端面的方向上。
(实施方式1的变形例)
被第一壁部11包围的基板10的表面可以不具有圆的形状。在图5的气体传感器110中，第一壁部11包括多个突出部11a。多个突出部11a分别从基板10的外周缘朝向基板10的表面的重心突出。多个突出部11a分别在俯视下具有扇的形状。被第一壁部11包围的基板10的表面例如具有齿轮的形状。多个突出部11a的数量不特别限定。多个突出部11a的数量例如为6。在图5中，多个突出部11a的每一个不与第二壁部12相接。但是，多个突出部11a也可以分别与第二壁部12相接。
如图6所示，多个突出部11a分别部分地覆盖第一导电体20的上表面以及侧面。多个突出部11a分别部分地覆盖第二导电体25的上表面以及侧面。多个突出部11a分别与第一导电体20以及第二导电体25相接。分别被多个突出部11a覆盖的第一导电体20的部分不与绝缘层40以及吸附材料层30接触。分别被多个突出部11a覆盖的第二导电体25的部分不与绝缘层40以及吸附材料层30接触。但是，分别被多个突出部11a覆盖的第一导电体20的部分以及第二导电体25的部分可以被绝缘层40覆盖。
如图5所示，在基板10的表面的周向上相邻的两个突出部11a之间形成有检测部35。气体传感器110典型地具有与多个突出部11a的数量相同的数量的多个检测部35。在多个检测部35的每一个中，绝缘层40分别覆盖第一导电体20以及第二导电体25。绝缘层40在一个检测部35中具有一个第一开口部45和一个第二开口部46。在一个检测部35中，吸附材料层30通过第一开口部45以及第二开口部46分别与第一导电体20以及第二导电体25接触。在多个检测部35的每一个中，能够测量吸附材料层30的电阻。
在制作气体传感器110的吸附材料层30时，在多个检测部35的每一个中，能够更均匀地涂敷分散液。即，在气体传感器110中，能够使吸附材料层30的厚度更均匀。
(实施方式2)
第一导电体20也可以在俯视下不具有圆弧或者环的形状。同样地，第二导电体25也可以不包围第一导电体20。进而，吸附材料层30也可以在俯视下不具有圆或者环的形状。在图7的气体传感器120中，第一导电体20在俯视下具有矩形的形状，并且具有带状的形状。第二导电体25在俯视下具有矩形的形状，并且具有带状的形状。吸附材料层30在俯视下具有矩形的形状。在本实施方式中，吸附材料层30具有带状的形状。基板10在俯视下具有矩形的形状。气体传感器120不具备第二壁部12。除了第一导电体20的形状、第二导电体25的形状、吸附材料层30的形状、基板10的形状以及第二壁部12的有无之外，气体传感器120的构造与实施方式1的气体传感器100的构造相同。因此，对于在实施方式1的气体传感器100和本实施方式的气体传感器120中共用的要素，有时标注相同的参照附图标记，并省略它们的说明。即，以下与各实施方式有关的说明只要在技术上不矛盾，就可以相互应用。进而，只要在技术上不矛盾，则各实施方式可以相互组合。
吸附材料层30的外周缘30a由多条轮廓线30b、30c、30d以及30e构成。轮廓线30b以及30d相互相对。轮廓线30c以及30e相互相对。轮廓线30c以及30e分别在第一方向X上延伸。轮廓线30b以及30d分别在第二方向Y上延伸。第一方向X与第二方向Y正交。
第一导电体20以及第二导电体25分别在第二方向Y上延伸。第一导电体20以及第二导电体25在第一方向X上排列。
多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着第二方向Y排列为直线状。换言之，多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着第一导电体20的长度方向排列。在本实施方式中，多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着第二方向Y以等间隔排列。
多个第二开口部46a、46b、46c以及46d沿着第二方向Y排列为直线状。换言之，多个第二开口部46a、46b、46c以及46d沿着第二导电体25的长度方向排列。在本实施方式中，多个第二开口部46a、46b、46c以及46d沿着第二方向Y以等间隔排列。从多个第一开口部45中选择的至少一个第一开口部45和从多个第二开口部46中选择的至少一个第二开口部46也可以沿着第一方向X排列。在本实施方式中，第一开口部45a以及第二开口部46a沿着第一方向X排列。第一开口部45b以及第二开口部46b沿着第一方向X排列。第一开口部45c以及第二开口部46c沿着第一方向X排列。第一开口部45d以及第二开口部46d沿着第一方向X排列。
本实施方式的气体传感器120不具备第二壁部12。但是，气体传感器120也可以具备第二壁部12。此时，第二壁部12的形状也可以是棱柱状。在气体传感器120具备第二壁部12时，吸附材料层30在俯视下具有边框的形状。
在本实施方式中，吸附材料层30在俯视下具有矩形的形状。因此，当吸附材料层30吸附气体时，吸附材料层30分别在第一方向X以及第二方向Y上膨胀或者收缩。吸附材料层30也分别在第一方向X的相反方向以及第二方向Y的相反方向上膨胀或者收缩。多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着第二方向Y排列。进而，多个第二开口部46a、46b、46c以及46d也沿着第二方向Y排列。因此，当吸附材料层30膨胀或者收缩时，电流的路径的变化的偏差被抑制。由此，能够稳定地检测伴随电流的路径的变化的吸附材料层30的电阻的变化。因此，通过气体传感器100，能够稳定地检测气体。
(实施方式3)
实施方式2的气体传感器120也可以具备多个第一导电体20和多个第二导电体25。可以对多个第一导电体20中的每一个开设一个第一开口部45。也可以对多个第二导电体25中的每一个开设一个第二开口部46。在图8的气体传感器130中，多个第一导电体20分别在第二方向Y上延伸。多个第一导电体20分别通过布线50电连接。多个第一导电体20的数量可以处于2～10的范围。
多个第二导电体25分别在第二方向Y的相反方向上延伸。多个第二导电体25分别通过布线55电连接。多个第一导电体20和多个第二导电体25在第一方向X上交替排列。多个第二导电体25的数量可以处于2～10的范围。
多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着第一方向X排列为直线状。在本实施方式中，多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着第一方向X以等间隔排列。多个第二开口部46a、46b、46c以及46d沿着第一方向X排列为直线状。在本实施方式中，多个第二开口部46a、46b、46c以及46d沿着第一方向X以等间隔排列。
在本实施方式中，吸附材料层30在俯视下具有矩形的形状。因此，当吸附材料层30吸附气体时，吸附材料层30分别在第一方向X以及第二方向Y上膨胀或者收缩。吸附材料层30也分别在第一方向X的相反方向以及第二方向Y的相反方向上膨胀或者收缩。多个第一开口部45a、45b、45c以及45d沿着第一方向X排列。进而，多个第二开口部46a、46b、46c以及46d也沿着第一方向X排列。因此，当吸附材料层30膨胀或者收缩时，电流的路径的变化的偏差被抑制。由此，能够稳定地检测伴着电流的路径的变化的吸附材料层30的电阻的变化。因此，通过气体传感器100，能够稳定地检测气体。
另外，吸附材料层30也可以不具有实施方式1～3中例示的形状。吸附材料层30的形状可以是线状、柵状或者网孔状。此时，吸附材料层30分别部分地覆盖第一导电体20以及第二导电体2。因此，即使气体传感器不具备绝缘层40，吸附材料层30中的电流的路径的数量也较少。根据这种吸附材料层30，即使气体传感器不具备绝缘层40，由于吸附材料层30的电阻发生较大变化，因此也能够更可靠地检测气体。
[实施例]
基于实施例具体地说明本公开。但是，本公开不受以下的实施例的任何限定。
(样本1)
首先，将第一导电体以及第二导电体分别配置在基板上。第一导电体以及第二导电体分别由铂制成。作为基板，使用Si基板。第一导电体以及第二导电体分别在俯视下具有圆弧的形状。第二导电体包围第一导电体。
接下来，通过绝缘层的前体层分别覆盖第一导电体以及第二导电体。前体层由SiO2制成。通过在前体层设置一个第一开口部以及一个第二开口部，从而制作出绝缘层。第一开口部以及第二开口部分别在俯视下具有圆的形状。俯视下的第一开口部以及第二开口部的直径分别为5μm。即，俯视下的第一开口部以及第二开口部的面积分别为20μm2。
接下来，将包括导电材料以及有机吸附材料的分散液涂敷在绝缘层上，形成涂敷膜。作为导电材料，使用炭黑。作为有机吸附材料，使用聚乙二醇。通过使涂敷膜干燥，形成吸附材料层。导电材料的重量相对于吸附材料层的重量的比率为0.5。吸附材料层在俯视下具有环的形状。这样，得到样本1的气体传感器。
(样本2)
除了通过在绝缘层的前体层上设置四个第一开口部以及四个第二开口部来制作绝缘层之外，以与实施例1相同的方法，得到样本2的气体传感器。
(样本3)
除了通过在绝缘层的前体层上设置八个第一开口部以及八个第二开口部来制作绝缘层之外，以与实施例1相同的方法，得到样本3的气体传感器。
(样本4)
除了通过在绝缘层的前体层上设置十六个第一开口部以及十六个第二开口部来制作绝缘层之外，以与实施例1相同的方法，得到样本4的气体传感器。
(样本5)
除了没有制作绝缘层之外，以与实施例1相同的方法，得到样本5的气体传感器。
(电阻的变化率的测量)
在样本1～5放置在包括有气体壬醛的气氛下，测量样本1～5各自的吸附材料层的电阻的变化率。将吸附材料层吸附壬醛之前的吸附材料层的电阻定义为R1。将吸附材料层吸附壬醛之后的吸附材料层的电阻定义为R2。将R1和R2的差定义为ΔR。电阻的变化率C(％)是根据ΔR/R1×100计算的值。壬醛的浓度是0.8ppm。
如图9所示，与样本5的气体传感器相比，样本1～4的气体传感器具有高变化率C。图9的图表的横轴表示第一开口部的数量。在样本5的变化率C下，有时无法充分地检测气体。从图9可知，通过本实施方式的气体传感器，能够更可靠地检测气体。
第一开口部的数量以及第二开口部的数量越少，吸附材料层中的电流的路径的数量越会减少。图9的图表示出了吸附材料层中的电流的路径的数量越少，吸附材料层的电阻的变化率C越会增加。但是，从样本1的测量结果可知，在第一开口部的数量以及第二开口部的数量低于特定的值时，变化率C的值反而减少。
(样本6)
除了作为第一导电体以及第二导电体，分别使用四个在俯视下具有矩形的形状的导电体、将多个第一导电体和多个第二导电体在与基板的厚度方向上正交的方向上交替排列、对多个第一导电体中的每一个设置一个第一开口部、对多个第二导电体中的每一个设置一个第二开口部、以及吸附材料层在俯视下具有矩形的形状之外，以与样本1相同的方法，得到样本6的气体传感器。
(样本7)
除了作为第一导电体以及第二导电体，分别使用一个在俯视下具有矩形的形状的导电体、在第一导电体上设置四个第一开口部、以及在第二导电体上设置四个第二开口部之外，以与样本6相同的方法，得到样本7的气体传感器。
(电阻的变化率的测量)
将样本2、6以及7置于包括有气体的壬醛的气氛下，测量样本2、6以及7各自的吸附材料层的电阻的变化率C(％)。壬醛的浓度为0.8ppm。
如图10所示，样本2的气体传感器与其他气体传感器相比具有高变化率C。从该结果可知，在满足吸附材料层在俯视下具有环的形状、多个第一开口部排列为圆弧状、以及多个第二开口部排列为圆弧状的情况下，气体传感器能够更可靠地检测气体。
[工业实用性]
本说明书所公开的技术对于气体的检测等是有用的。

Claims (13)

1.一种气体传感器，具备：
基板；
第一导电体以及第二导电体，配置在所述基板上；
绝缘层，覆盖所述第一导电体以及所述第二导电体，并且所述绝缘层具有第一开口部和第二开口部，所述第一开口部使所述第一导电体的表面的一部分露出，所述第二开口部使所述第二导电体的表面的一部分露出；以及
吸附材料层，包括导电材料和能够吸附气体的有机吸附材料，并通过所述第一开口部以及所述第二开口部分别与所述第一导电体以及所述第二导电体接触。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，
所述绝缘层具有多个所述第一开口部以及多个所述第二开口部。
3.根据权利要求2所述的气体传感器，其中，
多个所述第一开口部排列为圆弧状，
多个所述第二开口部排列为圆弧状。
4.根据权利要求3所述的气体传感器，其中，
所述吸附材料层在俯视下具有圆或者环的形状，
在俯视所述吸附材料层时，多个所述第一开口部位于与由所述吸附材料层的外周缘规定的虚拟圆为同心的关系的虚拟圆上，
多个所述第二开口部位于与由所述吸附材料层的所述外周缘规定的所述虚拟圆为同心的关系的虚拟圆上。
5.根据权利要求4所述的气体传感器，其中，
从多个所述第一开口部选择的一个所述第一开口部和从多个所述第二开口部选择的一个所述第二开口部位于一条虚拟直线上，所述虚拟直线是从由所述吸附材料层的所述外周缘规定的所述虚拟圆的中心以放射状延伸的多条虚拟直线中选择的。
6.根据权利要求2所述的气体传感器，其中，
多个所述第一开口部排列为直线状，
多个所述第二开口部排列为直线状。
7.根据权利要求6所述的气体传感器，其中，
所述吸附材料层在俯视下具有矩形的形状，
在俯视所述吸附材料层时，多个所述第一开口部沿着从构成所述吸附材料层的外周缘的多条轮廓线中选择的至少一条所述轮廓线延伸的方向排列，
多个所述第二开口部沿着多个所述第一开口部排列的方向排列。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的气体传感器，其中，
所述第一开口部的全部在俯视下与所述第一导电体重叠，
所述第二开口部的全部在俯视下与所述第二导电体重叠。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的气体传感器，其中，
所述有机吸附材料包括从由聚亚烷基二醇类、聚酯类、硅酮类、甘油类、腈类、二羧酸单酯类以及脂肪族胺类构成的组中选择的至少一种。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的气体传感器，其中，
所述导电材料包括炭黑。
11.根据权利要求10所述的气体传感器，其中，
所述炭黑的重量相对于所述吸附材料层的重量的比率处于0.25～0.95的范围。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的气体传感器，其中，
俯视下的所述第一开口部以及所述第二开口部的面积分别处于0.2～2000μm2的范围。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的气体传感器，其中，
所述第一开口部以及所述第二开口部分别在俯视下具有圆的形状，
所述第一开口部以及所述第二开口部的直径分别处于0.5～50μm的范围。
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