CN204302142U - 一种具有选择性吸附石英晶体微天平的传感器结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有选择性吸附石英晶体微天平的传感器结构包括外壳和晶片基座，外壳内设有石英晶片，石英晶片的前后表面分别设有金属膜层电极，金属膜层电极连接有电极引出线，金属膜层电极的表面涂覆有选择性吸附膜层，选择性吸附膜层由厚度为0.2-1μm的β-环糊精薄膜层构成；位于石英晶片前后表面的选择性吸附膜层的面积相同；外壳设有孔隙或网眼，外壳封装于晶片基座上。本实用新型利用β-环糊精分子疏水空腔可以包覆有机污染气体，主要依靠范德华力、疏水作用、分子间的匹配等作用形成主客体包络物的优势，以及邻苯二甲酸酯类和硅氧烷类分子尺寸差别，实现对空间污染物—邻苯二甲酸酯类选择性吸附的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种空间污染监测装置，特别适用于空间环境下有机气体污染(主要是邻苯二甲酸酯类和硅氧烷类两种)的选择性吸附功能的石英晶体传感器。
背景技术
污染是空间环境对航天器影响颇为严重的因素之一，是目前高可靠性、长寿命航天器时非常重要的问题。当空间污染物会对航天器光学器件、热控涂层等器件性能产生重要影响。
例如，空间站的污染主要成分是有机物，当这些分子污染物沉积在空间站的敏感光学部件、太阳电池和热控涂层等污染敏感元器件上时，就会导致光学性能下降、太阳能电池板输出下降以及热控性能退化。当污染沉积在载人舱内时，对航天员的身体也会产生影响，影响任务的完成。航天器在进行真空热试验时，星用非金属材料的放气产物容易沉积在器件的表面甚至通过“爬油”等方式进入卫星内部，影响热控涂层、太阳电池片的功能，严重时可导致电路短路、低气压放电、元器件烧毁等不可挽回的损失。经研究发现，星用非金属材料的放气产物主要是邻苯二甲酸酯类和硅氧烷类高分子。因此航天器污染的防护与控制是航天器急需解决的重要问题之一。
由于污染防护与控制的前提是对污染进行监测，目前主要采用石英晶体微量天平作为传感器来进行污染监测，通过测量石英晶片振荡频率的变化来反应沉积物质量的变化。
实用新型内容
针对有机气体污染(主要是邻苯二甲酸酯类和硅氧烷类两种)，为了提高石英晶体微量天平吸附某类污染气体的选择性吸附的灵敏度，本实用新型提供一种石英晶体气敏微量天平，通过在微量天平的表面涂覆一层具有选择性吸附功能的气敏薄膜层，从而实现该天平对邻苯二甲酸酯类或硅氧烷类物质的选择性吸附。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种具有选择性吸附石英晶体微天平的传感器结构，包括外壳和晶片基座，所述外壳内设有石英晶片，所述石英晶片的前后表面分别设有金属膜层电极，所述金属膜层电极连接有电极引出线，金属膜层电极的表面涂覆有选择性吸附膜层，选择性吸附膜层由厚度为0.2-1μm的β-环糊精薄膜层构成；位于所述石英晶片前后表面的选择性吸附膜层的面积相同；所述外壳设有孔隙或网眼，所述外壳封装于所述晶片基座上。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
由于本实用新型中的石英晶振片的电极区域表面涂覆有由β-环糊精薄膜层构成的选择性吸附膜层，使用过程中，利用β-环糊精分子疏水空腔可以包覆有机污染气体，由于β-环 糊精分子疏水空腔的尺寸和邻苯二甲酸酯类相匹配，因此，可以形成主客体包络物(如图2和图3所示)。而硅氧烷类分子尺寸大于β-环糊精的疏水空腔，不能被包覆进来。因此，利用该β-环糊精薄膜层可以实现对微量天平的表面改性，进而达到选择性吸附空间污染物—邻苯二甲酸酯类的目的。
附图说明
图1(a)是本实用新型中石英晶体传感器组装结构示意图；
图1(b)是本实用新型中石英晶振片膜层结构示意图；
图1(c)是本实用新型中石英晶体传感器的一种外壳结构示意图；
图1(d)是本发明中石英晶体传感器的另一种外壳结构示意图；
图2邻苯二甲酸酯类分子中所含苯环尺寸图；
图3为β-环糊精吸附邻苯二甲酸酯类原理图；
图4为石英晶片表面涂覆β-环糊精膜后红外光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。
本实用新型一种具有选择性吸附石英晶体微天平的传感器结构，包括外壳9和晶片基座7，所述外壳9内设有石英晶片1，所述石英晶片1的前后表面分别设有金属膜层电极2和3，如图1(b)所示；每个所述金属膜层电极2(和3)均分别连接有电极引出线6，一根电极引出线6的上端用导电胶粘接在石英晶片1前表面金属膜层电极3的右侧，另一根电极引出线6的上端用导电胶粘接在石英晶片1后表面金属膜层电极2的左侧；所述晶片基座7上设有两个电极引出孔，所述电极引出孔内设有绝缘套管8，所述电极引出线6的下端穿过绝缘套管8固定于所述晶片基座7上，如图1(a)所示。本实用新型中的金属膜层电极2和3的表面分别涂覆有选择性吸附膜层4和5，选择性吸附膜层4和5由厚度为0.2-1μm的β-环糊精薄膜层构成；位于所述石英晶片1前后表面的选择性吸附膜层4和5的面积相同；如图1(c)和图1(d)所示，所述外壳9设有孔隙或网眼，所述外壳9封装于所述晶片基座7上。
实施例1：本实用新型具有选择性吸附石英晶体微天平的传感器结构按照以下方法获得：
(1)将石英晶片放在蒸镀机中，采用掩膜法镀制金属膜层电极(2)和(3)。根据需求，选择金作为电极膜层材料。根据需要，也可蒸镀其他金属材料作为电极。
(2)在90℃水浴条件下，配制β-环糊精饱和溶液，并采用磁力搅拌30min，得到完全溶解的β-环糊精水溶液。采用旋涂法在电极区域涂覆β-环糊精膜层，用吸管吸收上述β-环糊精水溶液，并滴在石英晶振片电极区域，滴液速度为1ml/min。将上述的石英晶振片水平的放入密闭干燥器中，自然冷却干燥即可即可在石英晶振片电极区域的表面形成有0.5μm 的β-环糊精薄膜层(4)和(5)。
如图4所示，通过红外光谱可以看出：在电极区域表面涂覆β-环糊精水溶液之后，3100cm-1处对应β-环糊精结构中羟基。在3000cm-1以下(2919.25cm-1和2850.63cm-1)处出现了两个峰，这是β-环糊精中C-H键的伸缩振动，1080.03cm-1为C-O-C的伸缩振动，805.24cm-1、567.07cm-1、472.58cm-1是包括α-1,4在内的环糊精骨架振动。因此，红外光谱表明，β-环糊精已成功涂覆于石英晶振片上。
将具有β-环糊精薄膜的石英晶振片用于石英晶体气敏微量天平中，利用该β-环糊精薄膜层可以实现对微量天平的表面改性，进而达到选择性吸附空间污染物—邻苯二甲酸酯类的目的。
石英晶片前后金属膜电极区域涂覆选择性吸附膜层(4)和(5)面积相同；引线上端用导电胶粘接在晶片前表面金属膜电极(2)右侧，后表面金属膜电极(3)左侧，引线下端穿过绝缘套管(8)固定于晶片基座上；具有孔隙或网装外壳(9)封装于晶片基坐(7)上。外壳(9)起到屏蔽和透过有机气体的作用。
实施例2：本实用新型具有选择性吸附石英晶体微天平的传感器结构按照以下方法获得：
(1)将石英晶片放在蒸镀机中，采用掩膜法镀制金属膜层电极(2)和(3)。根据需求，选择银作为电极膜层材料。
(2)在70℃水浴条件下，配制β-环糊精饱和溶液，并采用磁力搅拌30min，得到完全溶解的β-环糊精水溶液。采用浸渍提拉法在电极区域涂覆β-环糊精膜层，拉提速度为1.5cm/min。将上述的石英晶振片水平的放入密闭干燥器中，自然冷却干燥即可即可在石英晶振片电极区域的表面形成有1μm的β-环糊精薄膜层(4)和(5)。
石英晶片前后金属膜电极区域涂覆选择性吸附膜层(4)和(5)面积相同；引线上端用导电胶粘接在晶片前表面金属膜电极(2)右侧，后表面金属膜电极(3)左侧，引线下端穿过绝缘套管(8)固定于晶片基座上；具有孔隙或网装外壳(9)封装于晶片基坐(7)上。外壳(9)起到屏蔽和透过有机气体的作用。
本实用新型主要是通过在石英晶振片电极区域表面形成β-环糊精薄膜实现有效区别航天器污染环境中邻苯二甲酸酯类和硅氧烷类两类污染有机分子。利用β-环糊精分子疏水空腔可以包覆有机污染气体，主要依靠范德华力、疏水作用、分子间的匹配等作用形成主客体包络物的优势，以及邻苯二甲酸酯类和硅氧烷类分子尺寸差别，实现对空间污染物—邻苯二甲酸酯类选择性吸附的目的。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (2)
1.一种具有选择性吸附石英晶体微天平的传感器结构，包括外壳(9)和晶片基座(7)，所述外壳(9)内设有石英晶片(1)，所述石英晶片(1)的前后表面分别设有金属膜层电极，所述金属膜层电极连接有电极引出线(6)，其特征在于，
金属膜层电极的表面涂覆有选择性吸附膜层(4)，选择性吸附膜层由厚度为0.2-1μm的β-环糊精薄膜层构成；位于所述石英晶片(1)前后表面的选择性吸附膜层的面积相同；所述外壳(9)设有孔隙或网眼，所述外壳(9)封装于所述晶片基座(7)上。
2.根据权利要求1所述一种具有选择性吸附石英晶体微天平的传感器结构，其特征在于，一根电极引出线的上端用导电胶粘接在石英晶片(1)前表面金属膜层电极的右侧，另一根电极引出线的上端用导电胶粘接在石英晶片(1)后表面金属膜层电极的左侧；所述晶片基座(7)上设有电极引出孔，所述电极引出孔内设有绝缘套管(8)，所述电极引出线的下端穿过绝缘套管(8)固定于所述晶片基座(7)上。
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