DE3217883C2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE3217883C2 DE3217883C2 DE19823217883 DE3217883A DE3217883C2 DE 3217883 C2 DE3217883 C2 DE 3217883C2 DE 19823217883 DE19823217883 DE 19823217883 DE 3217883 A DE3217883 A DE 3217883A DE 3217883 C2 DE3217883 C2 DE 3217883C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gas sensor
- metal
- phthalocyanine
- temperature
- sensor according
- 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.)
- Expired - Fee Related
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
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
- G01N27/126—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising organic polymers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Festkörper-Gassensor.
Bei der Überwachung und Steuerung von mechanischen, elektrischen,
thermodynamischen und chemischen Prozessen kommt Sensoren
eine rasch steigende Bedeutung zu, insbesondere durch den
wachsenden Einfluß der Mikroelektronik. Ein wichtiger Aspekt
ist dabei die Bestimmung von Fremdstoffbeimengungen in der
Umgebungsluft, wozu unter anderem Gassensoren dienen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 28 09 873 ist ein Meßfühler
zur Bestimmung von Gasen bekannt. Ein Träger des Meßfühlers
weist eine dünne Halbleiterschicht auf, die aus Phthalocyanin
hergestellt ist. Bei Einwirkung von Gasen, von Wärme oder von
Lichtstrahlung ändert sich der elektrische Widerstand des Halb
leiters. Um die genannten Einwirkungen festzustellen, wird die
Widerstandsänderung gemessen.
Die Änderungen des Widerstands des Halbleiters lassen nicht
auf die einzelnen Einwirkungen schließen. Es ist daher ein
großer Aufwand erforderlich, um Gase unabhängig von der
Temperatur und von Lichtstrahlung in der Umgebungsluft zu
bestimmen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 30 19 387 ist ein Gas
sensor bekannt, dessen Träger aus Silizium besteht und der
hochdotierte Randzonen aufweist. Der elektrische Widerstand
einer solchen hochdotierten Halbleiterschicht ändert sich
infolge von Einwirkungen von Gasen.
Der bekannte Gassensor benötigt für seine Funktion eine
erhöhte Arbeitstemperatur, die mit einem in dem Sensoraufbau
integrierten Heizelement bewerkstelligt wird. Als Nachteil hat
sich insbesondere der dafür erforderliche hohe technologische
Aufwand erwiesen, verbunden mit hohen Kosten.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Festkörper-
Gassensor anzugeben, der eine quantitative Bestimmung von
Gasen erlaubt, und der vor allem stabil (in chemischer und in
thermischer Hinsicht), sensitiv und selektiv ist und reprodu
zierbare Signale mit kurzer Ansprechzeit liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gassensor mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Phthalocyanine (Summenformel: [C₃₂H₁₆N₈]X), deren exakte chemische
Bezeichnung Tetrabenzo-Tetraazaporphin lautet, sind
makrocyclische Verbindungen folgender Struktur:
X steht dabei für zwei einwertige Metallatome oder ein
zweiwertiges Metallatom; wird X durch zwei atome ersetzt, so liegt das metallfreie Phthalocyanin
vor.
Beim erfindungsgemäßen Gassensor, der ein oder mehrere
Metall-Phthalocyanine aufweisen kann, enthalten die
Phthalocyanine vorteilhaft Übergangselemente. Unter Über
gangselementen, die sämtlich Metalle sind, werden die
Elemente der Nebengruppen des Periodischen Systems der
Elemente verstanden. Vorzugsweise enthalten die Metall-
Phthalocyanine Kobalt (Co), Nickel (Ni), Kupfer (Cu),
Zink (Zn) oder Silber (Ag). Ferner können auch Metall-
Phthalocyanine eingesetzt werden, bei denen die Benzol
ringe ganz oder teilweise substituiert sind, beispiels
weise durch Halogen, insbesondere Chlor, oder Alkyl- bzw.
Acylreste. Die Benzolringe können auch Heteroatome auf
weisen, insbesondere Stickstoff.
Phthalocyanine, die grün bzw. blau gefärbt sind,
existieren in verschiedenen polymorphen Formen, wobei
insbesondere die α- und die β-Modifikation von Bedeutung
sind. Die α-Modifikation ist tetragonal und metastabil;
sie wandelt sich beim Tempern (T<200°C) langsam in
die hexagonale stabile β-Modifikation um. Beim erfin
dungsgemäßen Gassensor liegen die Metall-Phthalocyanine
vorteilhaft in der α-Modifikation vor. Die α-Modifikation
entsteht im übrigen beim Ausfällen der Metall-
Phthalocyanine mit Wasser aus einer Lösung in konzen
trierter Schwefelsäure oder beim Aufdampfen auf Substrate
bei Substrattemperaturen unterhalb der Umwandlungs
temperatur; beim Ausfällen der Phthalocyanine auch hoch
siedenden organischen Lösungsmitteln, wie Chinolin,
bildet sich die β-Modifikation.
Bei erfindungsgemäßen Festkörper-Gassensor, der einen
Träger und eine darauf befindliche dünne Aktivschicht
aus wenigstens einem Metall-Phthalocyanin aufweist,
ist der Träger als Temperaturfühler ausgestaltet.
Geeignete Temperaturfühler sind beispielsweise Heiß
leiter, Halbleiterelemente, insbesondere in Silicium-
Planartechnik, wie Dioden oder Transistoren, und
temperaturabhängige Metallwiderstände, wie metallisierte
Kunststoff-Folien. Vorteilhaft kann der Träger aber
auch ein Kaltleiter sein. Unter einem Kaltleiter wird
ein elektrischer Leiter (bzw. Widerstand) mit einem
negativen Temperaturkoeffizienten der elektrischen Leit
fähigkeit verstanden, d. h. ein Stoff, dessen elektrischer
Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Festkörper-Gas
sensoren werden Metall-Phthalocyanine in dünner Schicht
auf geeignete Trägermaterialien aufgebracht. Hierzu
eignet sich vorteilhaft die Sublimationstechnik. Wenn
die Substrattemperatur - und die spätere Meßtemperatur -
einen Wert von ca. 460 K nicht übersteigt, liegen die
Phthalocyanine dabei in der α-Modifikation vor. Die
Dicke der polykristallinen Metall-Phthalocyaninfilme
beträgt im allgemeinen etwa zwischen 10 und 1000 nm
(0,01 bis 1 µm).
Bei der Adsorption der Gase an der Phthalocyanin-Ober
fläche wird eine bestimmte Wärmemenge frei, die den
Phthalocyanin-Film aufheizt. Diese Temperaturänderung
kann dadurch gemessen werden, daß der Phthalocyanin-
Film mit einem geeigneten empfindlichen Temperatur
fühler kombiniert wird; dazu eignen sich insbesondere
Kaltleiter, Heißleiter und Widerstandsthermometer.
Bei dem erfindungsgemäßen Fest
körper-Gassensor wird vorzugsweise ein Kaltleiter ver
wendet. Dazu wird auf ein ca. 0,3 bis 0,5 mm dickes
Plättchen aus einem Kaltleitermaterial ein Phthalocyanin-
Film aufgebracht. Die Chemisorptionswärme führt dann zu
einer Erhöhung der Sensortemperatur, die über den Wider
stand des Kaltleiters, der mit steigender Temperatur
zunimmt, verfolgt wird. Um eine hohe Meßempfindlichkeit
zu erzielen, liegt die Arbeitstemperatur vorteilhaft im
R(T)-Sprungbereich des Kaltleiters. Bei keramischen
Kaltleitern auf der Basis von dotiertem Strontiumtitanat,
die in einem engen Temperaturbereich einen starken
Anstieg des elektrischen Widerstandes zeigen, liegt die
Sprungtemperatur beispielsweise etwa zwischen 75 und 90°C.
Der erfindungsgemäße Festkörper-Gassensor hat den Vorteil,
daß er bereits bei niedrigen Temperaturen betrieben
werden kann. Da dem Meßverfahren ferner lediglich
der Vorgang der Chemisorption zugrundeliegt, hat der
erfindungsgemäße Gassensor darüber hinaus den Vorteil,
daß sich bereits bei Raumtemperatur kurze Ansprech
zeiten ergeben. Diese liegen im Bereich von Sekunden
(Adsorption) bis Minuten (Desorption).
Der Phthalocyanin-Film des erfindungsgemäßen Gassensors
ist bis ca. 200°C thermisch, chemisch und photo
chemisch langzeitstabil. Der Bereich der Einsatztemperatur
erstreckt sich im allgemeinen etwa von 0 bis
150°C. Unter diesen Bedingungen ergeben sich reprodu
zierbare Meßsignale. Durch Ablagerung von Verunreini
gungen auf der Phthalocyanin-Oberfläche könnte der
Gassensor in seiner Funktion gestört werden. Um dies zu
vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Phthalocyanin-
Schicht mit einer dünnen gasdurchlässigen Schicht eines
entiadhesiven Stoffes abgedeckt ist. Dazu eignen sich
beispielsweise Siliconharze und Glimmpolymerisate, d. h.
durch Glimmpolymerisation aus monomeren organischen
Verbindungen hergestellte Polymere.
Neben der Reproduzierbarkeit erfüllt der erfindungsge
mäße Gassensor auch das Erfordernis der Sensitivität.
Die Metall-Phthalocyanine sind nämlich geeignet, über
das Chemisorptionsverhalten qualitativ und quantitativ
die Anwesenheit von Gasen anzuzeigen. Da die verwendeten
Materialien sämtlich im Handel erhältlich sind, ist der
Gassensor auch kostengünstig.
Die Selektivität des erfindungsgemäßen Gassensors kann
über den Einbau verschiedener Zentralatome in das
Phthalocyanin gesteuert werden, weil dadurch die Signal
empfindlichkeit für verschiedene Gaskomponenten graduell
verändert wird. Es ist deshalb beispielsweise möglich,
bei einem qualitativ bekannten Gasgemisch aus n
Komponenten durch die Verwendung von n verschiedenen
Einzelsensoren ein Meßsystem zu schaffen, bei dem durch
serielles Abfragen, z. B. mit Hilfe eines Mikroprozessors,
aus den n Einzelsignalen die Einzelkomponenten
quantitativ erfaßt werden. Die für dieses Verfahren
erforderliche Langzeitstabilität ist beim erfindungs
gemäßen Gassensor, wie bereits ausgeführt, ohnehn
gegeben.
Claims (6)
1. Festkörper-Gassensor mit einer auf einem Träger befindlichen
dünnen Schicht eines Metall-Phthalocyanins, dadurch
gekennzeichnet, daß der Träger als Temperatur
fühler ausgestaltet ist, mit dem die bei der Chemisorption der Gase an
der Phthalocyanin-Oberfläche auftretende Wärmetönung meßbar ist.
2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Träger ein Kaltleiter ist.
3. Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Metall ein Übergangselement
ist.
4. Gassensor nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Metall Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink
oder Silber ist.
5. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Metall-Phthalocyanin in
der α-Modifikation vorliegt.
6. Gassensor, gekennzeichnet durch wenigstens
zwei Einzelelemente nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 5, wobei die Einzelelemente unterschiedliche Metall-Phtha
locyanine aufweisen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823217883 DE3217883A1 (de) | 1982-05-12 | 1982-05-12 | Gassensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823217883 DE3217883A1 (de) | 1982-05-12 | 1982-05-12 | Gassensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3217883A1 DE3217883A1 (de) | 1983-11-17 |
DE3217883C2 true DE3217883C2 (de) | 1992-04-23 |
Family
ID=6163390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19823217883 Granted DE3217883A1 (de) | 1982-05-12 | 1982-05-12 | Gassensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3217883A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020215134A1 (de) | 2020-12-01 | 2022-06-02 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zur Herstellung eines Bauteil-Kunststoff-Verbundes mit einer Übergangsmetall-Phthalocyanin-Schicht |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4560534A (en) * | 1983-11-02 | 1985-12-24 | Miles Laboratories, Inc. | Polymer catalyst transducers |
GB8421188D0 (en) * | 1984-08-21 | 1984-09-26 | Persaud K C | Gas/odorant sensor |
EP0332935A1 (de) * | 1988-03-14 | 1989-09-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Sensomaterial zur Messung des Partialdruckes von Gasen oder Dämpfen und Gassensor |
DE4015506A1 (de) * | 1990-05-15 | 1991-11-21 | Hanns Rump | Sicherheitsfiltersystem mit integrierter sensorik zur ermittlung des erschoepfungsgrades |
DE4302747C1 (de) * | 1993-02-01 | 1994-03-17 | Fraunhofer Ges Forschung | Mikroelektronischer Phthalocyanin-Gassensor |
ES2070094B1 (es) * | 1993-11-11 | 1996-01-01 | Univ Valladolid | Nuevo sersor electrocromico a base de monocapas de diftalocianinas de lantanidos para deteccion de humos de tabaco ambiental. |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
LU76937A1 (de) * | 1977-03-11 | 1978-10-18 | ||
DE3019387C2 (de) * | 1980-05-21 | 1986-01-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor mit einem in den Sensoraufbau integrierten Heizelement |
-
1982
- 1982-05-12 DE DE19823217883 patent/DE3217883A1/de active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020215134A1 (de) | 2020-12-01 | 2022-06-02 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zur Herstellung eines Bauteil-Kunststoff-Verbundes mit einer Übergangsmetall-Phthalocyanin-Schicht |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3217883A1 (de) | 1983-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ristov et al. | Chemical deposition of Cu2O thin films | |
DE3217883C2 (de) | ||
DE68928739T2 (de) | Detecteur d'humidite | |
DE2204153C3 (de) | Temperaturmeßfühler für sehr tiefe Temperaturen | |
WO1999039197A1 (de) | Substrat zum verpacken von oder anbringen an verderblichen produkten und verfahren zu deren qualitätsbestimmung | |
US4222025A (en) | Resistance thermometers | |
US5202665A (en) | Temperature sensor and process for its production | |
Guilmin et al. | Amorphization of crystalline Co and Sn multilayers by solid state reaction | |
DE2139828C3 (de) | Temperaturmeßwiderstand mit großer Temperaturwechselbeständigkeit aus Glaskeramik | |
Maitrepierre | Electrical Resistivity of Amorphous Ni–Pd–P Alloys | |
US4531110A (en) | Negative temperature coefficient thermistors | |
Hauser | Amorphous concentrated spin-glasses: Mn X (X= G e, C, S i− T e) | |
US3715702A (en) | Relative humidity sensor | |
DE2558752C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Schichrwiderstandes als Meßwiderstand für Widerstandsthermometer | |
Ansari et al. | The effect of humidity on an SnO2 thick-film planar resistor | |
Wieder et al. | Structure and galvanomagnetic properties of two-phase recrystallised InSb-In layers | |
Sanjines et al. | Synthesis and characterization of Nb2Se9 single crystals grown in molten solution | |
DE3914844C2 (de) | ||
Gregory et al. | Thermoelectric properties of ZnxInyOx+ 1.5 y films | |
EP0475349B1 (de) | Optischer und thermischer Sensor | |
US4206308A (en) | Organic heat-sensitive semiconductive materials | |
EP0025529B1 (de) | Bolometrischer Strahlungsempfänger und Verfahren zu seiner Herstellung | |
Jones et al. | Some experiments on the influence of surface treatment on the Kapitza conductance between copper and He4 at temperatures from 1.2 to 2.0 k | |
DE1907540C3 (de) | Anorganische Substanz und Verfahren zur Herstellung einer photoleitenden Substanz | |
US6076965A (en) | Monocrystal of nickel-cobalt-manganese oxide having a cubic spinel structure, method of growth and sensor formed therefrom |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: G01N 27/16 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |