KR101990015B1 - 교정 정보를 포함하는 전자 디바이스 및 이를 이용하는 방법 - Google Patents

Abstract

흡수성 커패시턴스 증기 센서와 함께 사용하기 위한, 그리고 흡수성 커패시턴스 증기 센서의 교정을 위한 기준 상관성을 생성하는 방법. 기준 상관성을 포함하는 전자 물품 및 이를 사용하는 방법이 또한 개시된다.

Description

교정 정보를 포함하는 전자 디바이스 및 이를 이용하는 방법{ELECTRONIC DEVICE INCLUDING CALIBRATION INFORMATION AND METHOD OF USING THE SAME}

증기의 존재, 및 그의 공기 중 농도는 노력을 경주하는 여러 분야에서 모니터링된다. 예를 들어 광이온화, 기체 크로마토그래피, 중량측정 기법, 분광 기법(예컨대, 질량 분석법, 형광 분광법), 및 흡수 감지 기법을 포함한, 증기(예컨대, 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound, VOC))를 검출하기 위한 다양한 방법이 개발되어 왔다.

일 타입의 흡수성 커패시턴스 센서에서, 전형적으로 병렬(이들 중 적어도 하나는 다공성임)이거나 서로 맞물린(interdigitated) 2개의 전도성 전극은 분석될 증기(즉, 분석물(analyte) 증기)가 확산될 수 있는 유전체 미공성(microporous) 재료의 층에 의해 분리된다. 유전체 미공성 재료 내에 흡수되는 증기의 양이 증가함에 따라, 유전체 미공성 재료의 유전체 특성에 있어서의 변화(전형적으로 비선형적 변화)가 발생한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "흡수하다"는, 물질이 단지 기공 벽에 흡착되는지 또는 벌크 유전체 미공성 재료 내로 용해되는지에 무관하게, 물질이 유전체 미공성 재료 내에 배치되게 되는 것을 지칭한다.

흡수성 커패시턴스 센서의 응답은 일반적으로, 예를 들어, 제조 허용오차 내에서 다소 변할 수 있는, 유전체 미공성 재료의 층의 다공성 및 두께 그리고/또는 전극 면적과 같은 센서 파라미터에 의존적이다. 센서의 측정된 커패시턴스를 실제 분석물 증기 농도와 정확하게 상관시키는 것은, 비용이 많이 들고 복잡한 제조 공정 및/또는 시간이 많이 소비되고 많은 노동력을 요하는 개별 센서들의 교정을 요구하는 극복할 문제를 남겨 둔다.

일반적으로 단일 분석물 증기 농도에서의 커패시턴스 센서 감도의 측정은, 센서를 제어된 분위기 챔버 내에 배치하는 것, 요구되는 수준의 요구되는 분석물 증기를 도입하는 것, 그리고 이어서 센서의 커패시턴스를 측정하는 것에 의해 성취된다. 이러한 공정은 그 특정 커패시턴스 센서에 대한 교정 곡선을 생성하기 위해 상이한 농도들에서 여러 번 반복된다. 일단 교정 곡선이 생성되면, 미지(unknown)의 분석물 증기 수준에서 센서를 사용한 커패시턴스 측정값이 교정 곡선에 따라 고유 농도에 용이하게 상관될 수 있다. 이 절차는 그 커패시턴스 센서가 사용되도록 의도되는 모든 용매에 대해 반복된다.

따라서, 그러한 센서가 의도된 바와 같이 기능할 것을 보장하기 위해서는, 제조 런(manufacturing run) 동안에 수백 개 또는 수천 개의 센서 샘플에 대해 분석물 증기에 대한 교정 곡선을 생성하는 것, 또는 판매 이전에 센서의 적절한 교정을 보장하기 위해 매우 좁은 제조 허용오차의 범위 밖에 있음으로 인해 다수의 센서를 거부하는 것이 필요할 수 있다.

상기에 논의된 타입의 흡수성 커패시턴스 센서의 경우, 제1 증기의 고정 농도에서 얻어진 제1 참(true) 커패시턴스(C1) 대 제2 증기의 고정 농도를 사용해 얻어진 제2 참 커패시턴스(C2)의 비(ratio)(즉, C1/C2)가, 예를 들어 제조 공정에 따라 생성된 바와 같은 유사한 설계의 커패시턴스 센서에 대해 실질적으로 일정하다는 것이 현재 발견되었다. 이러한 예상치 못한 발견을 고려하여, 본 발명자는, 종래의 방법과 비교할 때 노력 및 비용을 크게 감소시키는, 그러한 커패시턴스 센서를 교정하고 이를 상기 분야에 사용하기 위한 방법을 개발했다. 이 방법은 그러한 흡수성 커패시턴스 센서 요소를 포함하거나 이와 함께 사용되도록 구성된 전자 디바이스에 포함될 수 있는 교정 라이브러리(calibration library)를 생성할 수 있다.

따라서, 일 구현예에서, 본 발명은 기준 라이브러리(reference library)를 생성하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

a) 표준 온도에서 제1 분석물 증기의 기지(known)의 농도(Y)에 노출되는 동안 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_ref)를 측정하는 단계로서, 상기 기준 커패시턴스 센서 요소는 제1 전도성 전극과 제2 전도성 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 유전체 미공성 재료의 층을 포함하고, 상기 분석물 증기의 적어도 일부는 상기 유전체 미공성 재료의 기공 내에 흡수되는, 상기 커패시턴스(C_ref) 측정 단계;

b) 상기 표준 온도에서 상기 제1 분석물 증기의 부재 시에 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 기본 커패시턴스(C_{ref base})를 측정하는 단계;

c) 참 기준 커패시턴스(C_{ref true})를 결정하는 단계로서,

C_{ref true}= C_ref - C_{ref base}인, 상기 참 기준 커패시턴스(C_{ref true}) 결정 단계;

d) 제2 분석물 증기의 기지의 농도에 노출되는 동안 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n2)를 측정하는 단계;

e) 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref})를 결정하는 단계로서,

C_{n2 ref} = (C_n2 - C_{ref base})/C_{ref true}인, 상기 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref}) 결정 단계;

f) 상기 제2 분석물 증기의 2개 이상의 추가의 상이한 농도에서 단계 d) 및 단계 e)를 반복하는 단계;

g) C_{n2 ref}와 상기 제2 분석물 증기의 상기 농도 사이의 제1 기준 상관성을 결정하는 단계; 및

h) 상기 제1 기준 상관성을 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 본 방법은:

i) 제3 분석물 증기의 기지의 농도에 노출되는 동안 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n3)를 측정하는 단계;

j) C_{n3 ref}를 결정하는 단계로서, C_{n3 ref} = (C_n3 - C_{ref base})/C_{ref true}인, 상기 C_{n3 ref} 결정 단계;

k) 상기 제3 분석물 증기의 2개 이상의 추가의 상이한 농도에서 단계 i) 및 단계 j)를 반복하는 단계;

l) C_{n3 ref}와 상기 제3 분석물 증기의 상기 농도 사이의 제2 기준 상관성을 결정하는 단계; 및

m) 상기 제2 기준 상관성을 상기 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록하는 단계를 추가로 포함한다. 기준 라이브러리는, 예를 들어 전자 증기 센서의 제조 사용에 유용하다. 따라서, 다른 태양에서, 본 발명은 정보가 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 전자 디바이스를 제공하며, 상기 정보는 본 발명의 방법에 따라 마련 가능한 기준 라이브러리를 포함한다.

일부 실시예에서, 전자 디바이스는:

적어도 적분 커패시턴스 센서 요소에 전력을 공급하도록 구성된 구동 회로(operating circuit)로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 상기 기준 커패시턴스 센서 요소와 실질적으로 동일한 구성을 갖는, 상기 구동 회로;

상기 구동 회로와 전기적으로 통신하는 검출 모듈로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소로부터 전기 신호를 수신하도록 구성되는, 상기 검출 모듈;

상기 검출 모듈 및 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 통신가능하게 연결되며, 하기 작업을 행하도록 구성된 프로세서 모듈:

대응하는 기준 상관성이 상기 교정 라이브러리 내에 존재하는 특정 분석물 증기의 미지의 농도에 노출되는 동안 상기 적분 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_unk)를 획득하고,

상기 적분 커패시턴스 센서 요소에 대한 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하고,

상대적 커패시턴스 C_{unk rel} = (C_unk - C_{int base})/R_conv를 획득하고, 여기서 R_conv는 하기 단계에 의해 획득가능하며:

상기 적분 센서 요소를 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출시키는 단계로서, 상기 적분 센서 요소는 2개의 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 미공성 재료의 층을 포함하고, 상기 제2 분석물의 적어도 일부는 상기 미공성 재료의 기공 내에 흡착되는, 상기 노출 단계,

상기 적분 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 센서 요소의 제1 커패시턴스(C_{int meas1})를 측정하는 단계,

상기 적분 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제2 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 센서 요소의 제2 커패시턴스(C_{int meas2})를 측정하는 단계,

차이(ΔC_{int meas})를 획득하는 단계로서,

ΔC_{int meas} = |C_{int meas1} - C_{int meas2}|인, 상기 차이(ΔC_{int meas}) 획득 단계,

상기 제2 분석물의 상기 제1 증기 농도에서의 기준 센서 요소의 제1 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref1})와 상기 분석물의 상기 제2 증기 농도에서의 상기 기준 센서 요소의 제2 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref2}) 사이의 차이(ΔC_{n2 ref})를 획득하는 단계로서, ΔC_{n2 ref} = | C_{n2 ref1} - C_{n2 ref2}|인, 상기 차이(ΔC_{n2 ref}) 획득 단계, 및

ΔC_{int meas} / ΔC_{n2 ref}로서 R_conv를 계산하는 단계;

C_{unk rel}를 상기 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 상기 분석물 증기의 참 농도를 획득하고; 및

상기 참 농도를 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 기록하는 것, 또는

상기 참 농도를 디스플레이 부재에 전달하는 것 중 적어도 하나; 및

상기 디스플레이 부재 및 상기 프로세서 모듈에 통신가능하게 연결된 통신 인터페이스 모듈을 추가로 포함하며,

상기 구동 회로는 적어도 상기 검출 모듈, 상기 프로세서 모듈, 상기 디스플레이 부재, 및 상기 통신 인터페이스 모듈에 전력을 공급한다.

일부 실시예에서, 상기 구동 회로는 상기 적분 커패시턴스 센서 요소를 가열하도록 구성된 가열 요소와 전기적으로 통신한다.

일부 실시예에서, 상기 전자 디바이스는 상기 구동 회로와 전기적으로 통신하는 적분 커패시턴스 센서 요소를 추가로 포함하고, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 기준 커패시턴스 센서 요소와 동일한 구성을 갖는다.

다른 태양에서, 본 발명은 교정된(calibrated) 전자 센서를 제조하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

본 발명에 따른 구동 회로와 전기적으로 통신하는 적분 커패시턴스 센서 요소를 포함하는 전자 디바이스를 제공하는 단계;

상기 적분 커패시턴스 센서 요소에 대한 상기 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하는 단계;

하기 단계를 포함하는 방법에 의해 R_conv를 획득하는 단계:

상기 적분 센서 요소를 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출시키는 단계로서, 상기 적분 센서 요소는 2개의 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 미공성 재료의 층을 포함하고, 상기 제2 분석물의 적어도 일부는 상기 미공성 재료의 기공 내에 흡착되는, 상기 노출 단계,

상기 적분 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 센서 요소의 제1 커패시턴스(C_{int meas1})를 측정하는 단계,

상기 적분 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제2 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 센서 요소의 제2 커패시턴스(C_{int meas2})를 측정하는 단계,

차이(ΔC_{int meas})를 획득하는 단계로서,

ΔC_{int meas} = |C_{int meas1} - C_{int meas2}|인, 상기 차이(ΔC_{int meas}) 획득 단계,

상기 제2 분석물의 상기 제1 증기 농도에서의 기준 센서 요소의 제1 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref1})와 상기 분석물의 상기 제2 증기 농도에서의 상기 기준 센서 요소의 제2 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref2}) 사이의 차이(ΔC_{n2 ref})를 획득하는 단계로서, ΔC_{n2 ref} = | C_{n2 ref1} - C_{n2 ref2}|인, 상기 차이(ΔC_{n2 ref}) 획득 단계, 및

ΔC_{int meas} / ΔC_{n2 ref}로서 R_conv를 계산하는 단계; 및

R_conv 및 C_{int base}를 상기 전자 디바이스 상에 저장하여 상기 교정된 전자 센서를 제공하는 단계를 포함한다.

다른 태양에서, 본 발명은 본 발명에 따라 제조된 교정된 전자 센서를 제공한다.

다른 태양에서, 본 발명은 교정된 전자 센서를 사용하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

본 발명에 따른 교정된 전자 센서를 제공하는 단계;

표준 온도에서 특정 분석물 증기의 미지의 농도에 노출되는 동안 적분 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_unk)를 측정하는 단계;

상대적 커패시턴스 C_{unk rel} = (C_unk - C_{int base})/R_conv를 획득하는 단계;

C_{unk rel}를 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 상기 분석물 증기의 참 농도를 획득하는 단계; 및

상기 분석물 증기의 상기 참 농도를 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 기록하는 단계, 또는

상기 분석물 증기의 상기 참 농도를 상기 디스플레이 부재에 전달하는 단계 중 적어도 하나의 단계;를 포함한다.

일부 상황(예컨대, 커패시턴스 센서 요소들이 서로로부터의 높은 재현성을 가짐) 하에서, 참 커패시턴스 대 센서 요소에 대한 기본 커패시턴스의 비가 본질적으로 일정하다는 것이 현재 발견되었다.

따라서, 제2 구현예에서, 본 발명은 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

a) 표준 온도에서 제1 분석물 증기의 기지의 농도(Y)에 노출되는 동안 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n1)를 측정하는 단계로서, 상기 기준 커패시턴스 센서 요소는 제1 전도성 전극과 제2 전도성 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 유전체 미공성 재료의 층을 포함하고, 상기 분석물 증기의 적어도 일부는 상기 유전체 미공성 재료의 기공 내에 흡수되는, 상기 커패시턴스(C_n1) 측정 단계;

b) 상기 표준 온도에서 상기 제1 분석물 증기의 부재 시에 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 기본 커패시턴스(C_{ref base})를 측정하는 단계;

c) 상대적 기준 커패시턴스(C_{n1 ref})를 결정하는 단계로서,

C_{n1 ref} = (C_n1 - C_{ref base})/ C_{ref base}인, 상기 상대적 기준 커패시턴스(C_{n1 ref}) 결정 단계;

d) 상기 제1 분석물 증기의 2개 이상의 추가의 상이한 농도에서 단계 a) 및 단계 c)를 반복하는 단계;

e) C_{n1 ref}와 상기 제1 분석물 증기의 상기 농도 사이의 제1 기준 상관성을 결정하는 단계; 및

f) 상기 제1 기준 상관성을 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 방법은,

g) 제2 분석물 증기의 기지의 농도에 노출되는 동안 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n2)를 측정하는 단계;

h) C_{n2 ref}를 결정하는 단계로서, C_{n2 ref} = (C_n2 - C_{ref base})/C_{ref base}인, 상기 C_{n2 ref} 결정 단계;

i) 상기 제2 분석물 증기의 2개 이상의 추가의 상이한 농도에서 단계 g) 및 단계 h)를 반복하는 단계;

j) 제2 기준 상관성을 결정하는 단계로서, 상기 제2 기준 상관성은 C_{n2 ref} 와 상기 제2 분석물 증기의 상기 농도 사이의 수학적 또는 도식적(graphical) 상관성을 포함하는, 상기 제2 기준 상관성 결정 단계; 및

k) 상기 제2 기준 상관성을 상기 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록하는 단계를 추가로 포함한다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 정보가 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 전자 디바이스를 제공하며, 상기 정보는 본 발명에 따라 마련된 기준 라이브러리를 포함한다.

일부 실시예에서, 전자 디바이스는:

적어도 적분 커패시턴스 센서 요소에 전력을 공급하도록 구성된 구동 회로로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 상기 기준 커패시턴스 센서 요소와 실질적으로 동일한 구성을 갖는, 상기 구동 회로;

상기 구동 회로와 전기적으로 통신하는 검출 모듈로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소로부터 전기 신호를 수신하도록 구성되는, 상기 검출 모듈;

상기 검출 모듈 및 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 통신가능하게 연결된 프로세서 모듈로서,

대응하는 기준 상관성이 상기 교정 라이브러리 내에 존재하는 특정 분석물 증기의 미지의 농도에 노출되는 동안 상기 적분 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_unk)를 획득하고,

상기 적분 커패시턴스 센서 요소에 대한 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하고,

상대적 커패시턴스 (C_{unk rel}) = (C_unk - C_{int base})/ C_{int base}를 획득하고,

C_{unk rel}를 상기 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 상기 분석물 증기의 참 농도를 획득하고,

상기 참 농도를 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 기록하는 것, 또는

상기 참 농도를 디스플레이 부재에 전달하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 구성되는, 상기 프로세서 모듈; 및

상기 디스플레이 부재 및 상기 프로세서 모듈에 통신가능하게 연결된 통신 인터페이스 모듈을 추가로 포함하며,

상기 구동 회로는 적어도 상기 검출 모듈, 상기 프로세서 모듈, 상기 디스플레이 부재, 및 상기 통신 인터페이스 모듈에 전력을 공급한다.

일부 실시예에서, 상기 전자 디바이스는 상기 구동 회로와 전기적으로 통신하는 적분 커패시턴스 센서 요소를 추가로 포함하고, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 기준 커패시턴스 센서 요소와 동일한 구성을 갖는다.

다른 태양에서, 본 발명은 교정된 전자 센서를 제조하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

본 발명에 따른 전자 디바이스를 제공하는 단계;

적분 센서 요소를 제1 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출시키는 단계로서, 상기 적분 센서 요소는 2개의 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 미공성 재료의 층을 포함하고, 제2 분석물의 적어도 일부는 상기 미공성 재료의 기공 내에 흡착되는, 상기 노출 단계,

상기 적분 센서 요소가 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 센서 요소의 제1 커패시턴스(C_{int meas1})를 측정하는 단계,

상기 제1 분석물의 상기 제1 증기 농도에서의 기준 센서 요소의 제1 상대적 기준 커패시턴스(C_{n1 ref1})를 획득하는 단계,

C_{int meas1}/(1+C_{n1 ref1})로서 C_{int base}를 계산하는 단계

를 포함하는 방법에 의해, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소에 대한 상기 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하는 단계; 및

C_{int base}를 상기 전자 디바이스 상에 저장하여 상기 교정된 전자 센서를 제공하는 단계를 포함한다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 본 발명에 따라 제조된 교정된 전자 센서를 제공한다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 교정된 전자 센서를 사용하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

본 발명에 따른 교정된 전자 센서를 제공하는 단계;

표준 온도에서 특정 분석물 증기의 미지의 농도에 노출되는 동안 적분 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_unk)를 측정하는 단계;

상대적 커패시턴스 (C_{unk rel}) = (C_unk - C_{int base})/ C_{int base}를 획득하는 단계;

C_{unk rel}를 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 상기 분석물 증기의 참 농도를 획득하는 단계; 및

상기 분석물 증기의 상기 참 농도를 컴퓨터 판독가능 매체에 기록하는 단계, 또는

상기 분석물 증기의 상기 참 농도를 디스플레이 부재에 전달하는 단계

중 적어도 하나의 단계;를 포함한다.

유리하게도, 본 발명은, 제조 동안의 또는 최종 사용자에 의한, 흡수성 커패시턴스 센서의 교정에 필요한 시간 및 노력에 있어서의 실질적인 개선을 제공한다. 또한, 습도에 대한 정정이 본 발명에 따라 용이하게 성취된다.

흡수성 층의 다공성, 전극 면적, 및 흡수성 층 두께가 본 발명에 따른 기법을 사용해 커패시턴스를 농도로 변환하는 것에 크게 관련되지 않기 때문에, 이들 파라미터를 매우 정확히 제어하는 데에 정교한 제조 공정이 요구되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 따르면, 흡수성 층을 매우 균일하게 코팅하는 것이 필요하지 않다. 또한, 전극 면적은 특별히 일관될 필요는 없으며, 이는 사용되는 제조 방법에 있어서 보다 큰 융통성을 허용한다.

특허청구범위를 포함한 본 발명의 공정에서 언급된 단계들은, 달리 명시되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이:

용어 "기본 커패시턴스"는 동일한 조건 하에서 분석물 증기의 부재 시에 관찰될 커패시턴스를 지칭하고;

재료의 층과 관련하여 용어 "투과성"은, 그 층이 존재하는 영역에서, 하나 이상의 유기 화합물이 (예컨대, 25℃에서) 그 층의 두께를 통해 비반응적으로 투과 가능하기에 충분히 그 층이 다공성임을 의미하고;

용어 "기준 상관성"은 2개의 커패시턴스 값과 분석물의 농도 사이의 상관성을 지칭하며, 이 상관성은 예를 들어 수학적, 표형식(tabular), 및/또는 도식적일 수 있고;

용어 "참 커패시턴스"는 관찰된 커패시턴스에서 기본 커패시턴스를 뺀 것을 지칭한다.

본 발명의 특징 및 이점이 상세한 설명뿐만 아니라 첨부된 특허청구범위를 고려할 때 추가로 이해될 것이다.

<도 1a>
도 1a는 100 ppm MEK 증기 및 25 ppm 톨루엔 증기에 노출된 16개의 센서에 대한 참 커패시턴스의 플롯(plot).
<도 1b>
도 1b는 25 ppm(parts per million by weight)의 톨루엔 증기에 노출된 16개의 센서에 대한 참 커패시턴스를, 25 ppm의 메틸 에틸 케톤(MEK) 증기에 노출된 때 센서의 참 커패시턴스로 나눈 것의 플롯.
<도 2>
도 2는 다양한 유기 증기에 대한 상대적 커패시턴스 대 분석물 농도의 플롯들을 도시하는 도면.
<도 3a>
도 3a는 본 발명에 따른 예시적인 전자 디바이스(300)의 개략 평면도.
<도 3b>
도 3b는 도 3a에 도시된 적분 커패시턴스 센서 요소(310)의 확대 개략 단면도.
모든 경우에, 본 개시내용은 제한이 아니라 설명으로서 제공된다. 본 발명의 원리의 범주 및 사상에 속하는 많은 다른 변형예 및 실시예가 당업자에 의해 안출될 수 있음을 이해하여야 한다.

본 명세서에 언급되는 커패시턴스 센서 요소는 제1 전도성 전극과 제2 전도성 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 유전체 미공성 재료의 층을 포함한다. 분석물 증기는 유전체 미공성 재료의 기공 내에 흡수되어 유전체 미공성 재료의 층의 유전 상수에 있어서의 변화를 야기하여서, 센서 요소의 커패시턴스의 변화를 초래한다.

이제, 도 3b를 참조하면, 예시적인 그러한 커패시턴스 센서 요소(310)는 제1 전도성 전극(316)과 제2 전도성 전극(314) 사이에 배치되어 이들과 접촉하는(예컨대, 개재됨) 고유적으로 다공성인 흡수성 재료의 층(312)을 포함한다. 제1 전도성 전극(316)은 선택적 유전체 기판(318) 상에 배치된다. 도 3b에 도시된 실시예에서, 적어도 제2 전극(314)은 센서 요소가 함께 사용되도록 의도되는 분석물 증기에 의해 투과 가능하다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같은 구성에서, 제2 전극은 고유적으로 다공성인 흡수성 재료에 의한 신속한 흡수를 용이하게 하기 위해 바람직하게는 다공성(미공성을 포함함)이다.

대안적인 구성에서, 제1 및 제2 전극은 고유적으로 다공성인 흡수성 재료에 의해 분리되어, 유전체 기판의 표면 상에(예컨대, 단일 평면 내에) 나란히 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제2 전도성 전극은 분석물 증기에 의해 투과 가능하지 않을 수 있다. 그러한 경우에, 제2 전도성 전극은 제1 전도성 전극으로서 사용하기에 적합한 재료를 사용해 제조될 수 있다.

유전체 미공성 재료는, 미공성이고 그의 내부에 하나 이상의 분석물을 흡수할 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 이와 관련하여, 용어 "미공성의" 및 "미공성"은 재료가 상당한 양의 내부, 상호연결된 기공 부피를 가지며, 이때 (예를 들어, 등온 흡착 과정에 의해 특성화된 바와 같은) 평균 기공 크기가 약 100 나노미터(㎚) 미만, 전형적으로 약 10 ㎚ 미만임을 의미한다. 그러한 미공성은, (존재하는 경우) 유기 분석물의 분자가 재료의 내부 기공 부피에 침투하여 내부 기공 내에 체재할 수 있음을 제공한다. 내부 기공 내의 그러한 분석물의 존재는 재료의 유전 특성을 변경시킬 수 있어서, 유전상수(또는 임의의 다른 적합한 전기적 특성)의 변화가 관찰될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 유전체 미공성 재료는 이른바 고유 미공성을 갖는 중합체(Polymer of Intrinsic Microporosity, PIM)를 포함한다. PIM은 중합체 사슬의 비효율적인 패킹으로 인해 나노미터 규모의 기공을 갖는 중합체 재료이다. 예를 들어, 문헌[Chemical Communications, 2004, (2), pp. 230-231, Budd et al.]에, 강성 및/또는 뒤틀린 단량체 빌딩 블록(building block)들 사이에 다이벤조다이옥산 결합을 함유하는 일련의 고유적으로 미공성인 재료가 보고된다. 이러한 중합체들 군의 대표 구성원에는 도식 1(하기)에 따라 표 1에 도시된 바와 같은 성분 A(예컨대, A1, A2, 또는 A3)와 성분 B(예컨대, B1, B2, 또는 B3)의 축합에 의해 생성된 것들이 포함된다.

도식 1

[표 1]

추가의 적합한 성분 A 및 성분 B와, 생성되는 고유적으로 미공성인 중합체가, 예를 들어, 버드(Budd) 등의 문헌[Journal of Materials Chemistry, 2005, Vol. 15, pp. 1977-1986]; 맥권(McKeown) 등의 문헌[Chemistry, A European Journal, 2005, Vol. 11, pp. 2610 - 2620]; 가넴(Ghanem) 등의 문헌[Macromolecules, 2008, vol. 41, pp. 1640-1646]; 가넴 등의 문헌[Advanced Materials, 2008, vol. 20, pp. 2766-2771]; 카르타(Carta) 등의 문헌[ Organic Letters, 2008, vol. 10(13), pp. 2641-2643]; PCT 공개 출원 WO 2005/012397 A2호(맥권 등); 및 미국 특허 출원 공개 제2006/0246273호(맥권 등)에 보고된 바와 같이 당업계에 공지되어 있으며, 이들 문헌의 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 그러한 중합체는, 예를 들어, 염기성 조건하에서, 예를 들어, A1 (5,5',6,6'-테트라하이드록시-3,3,3',3'-테트라메틸-1,1'-스피로비스인단)과 같은 비스-카테콜이, 예를 들어, B1 (테트라플루오로테레프탈로니트릴)과 같은 플루오르화 아렌과 반응하게 되는 단계-성장 중합에 의해 합성될 수 있다. 생성된 중합체의 골격의 강성 및 뒤틀린 속성으로 인해, 이들 중합체는 고형물 상태로 단단하게 패킹될 수 없으며, 이에 따라 10% 이상의 자유 부피를 갖고 고유적으로 미공성이다.

PIM은 다른 재료와 블렌딩될 수 있다. 예를 들어, PIM은, 그 자체가 흡수성 유전체 재료가 아닌 재료와 블렌딩될 수 있다. 분석물 반응에 기여하지 않을지라도, 그러한 재료는 다른 이유 때문에 유용할 수 있다. 예를 들어, 그러한 재료는 우수한 기계적 특성 등을 갖는 PIM-함유 층의 형성을 허용할 수 있다. 일 실시예에서, PIM은 다른 재료와 함께 통상의 용매 중에 용해되어 균질한 용액을 형성할 수 있는데, 이 균질한 용액은 PIM과 다른 중합체(들) 둘 모두를 포함하는 흡수성 유전체 블렌드 층을 형성하도록 캐스팅될 수 있다. PIM은 또한 흡수성 유전체 재료인 재료(예를 들어, 제올라이트, 활성탄, 실리카 겔, 과다-가교결합된 중합체 네트워크 등)와 블렌딩될 수 있다. 그러한 재료는 PIM 재료를 포함하는 용액 중에 현탁된 불용성 재료를 포함할 수 있다. 그러한 용액/현탁물의 코팅 및 건조는 PIM 재료와 추가의 흡수성 유전체 재료 둘 모두를 포함하는 복합 흡수성 유전체 층을 제공할 수 있다.

PIM은, 예를 들어, 테트라하이드로푸란과 같은 유기 용매에 전형적으로 용해성이며, 이에 따라 (예를 들어, 스핀-코팅, 딥 코팅, 또는 바아 코팅에 의해) 용액으로부터 필름으로서 캐스팅될 수 있다. 그러나, 이들 중합체의 용액으로부터 제조되는 필름의 특성들(액세스가능한 두께, 광학 투명성, 및/또는 외양)은 필름을 캐스팅하는 데 사용되는 용매 또는 용매 시스템에 따라 현저하게 달라질 수 있다. 예를 들어, 더 큰 분자량의 고유적으로 미공성인 중합체는, 본 명세서에 기재된 바와 같은 광화학 센서에 사용하기에 바람직한 특성을 갖는 필름을 생성하기 위해서, 비교적 흔치 않은 용매(예를 들어, 사이클로헥센 옥사이드, 클로로벤젠, 또는 테트라하이드로피란)로부터 캐스팅될 필요가 있을 수 있다. 용액 코팅 방법에 더하여, 검출 층은 임의의 다른 적합한 방법에 의해 제1 전도성 전극 상에 코팅될 수 있다.

PIM이 흡수성 유전체 층을 구성하도록 침착(예를 들어, 코팅)되거나 달리 형성된 후에, 이 재료는, 예를 들어, 비스(벤조니트릴)팔라듐(II) 다이클로라이드와 같은 적합한 가교결합제를 사용해 가교결합될 수 있다. 이러한 공정은 흡수성 유전체 층이 유기 용매 중에서 불용성이 되게 할 수 있고/있거나, 소정 응용에서 바람직할 수 있는 내구성, 내마모성 등과 같은 소정 물리적 특성을 향상시킬 수 있다.

PIM은 소수성일 수 있어서, 재료가 현저히 팽윤하거나 또는 달리 물리적 특성의 현저한 변화를 나타내는 정도로 액체 물을 흡수하지는 않을 것이다. 그러한 소수성 특성은 물의 존재에 상대적으로 민감하지 않은 유기 분석물 센서 요소를 제공하는 데 유용하다. 그러나, 이 재료는 특정 목적을 위해 상대적으로 극성인 부분(moiety)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 유전체 미공성 재료는 연속적인 매트릭스를 포함한다. 그러한 매트릭스는 재료의 고형 부분이 (전술된 바와 같은 다공성의 존재, 또는 이하에서 논의되는 바와 같은 선택적인 첨가제의 존재와 상관없이) 연속적으로 상호연결되는 집합체(예를 들어, 코팅 및/또는 층)로서 정의된다. 즉, 연속적인 매트릭스는 입자(예를 들어, 제올라이트, 활성탄, 및 탄소 나노튜브)들의 응집체를 포함하는 집합체와는 구별가능하다. 예를 들어, 용액으로부터 침착된 층 또는 코팅은 전형적으로 (코팅 자체가 패턴화된 방식으로 적용되고/적용되거나 미립자 첨가제를 포함할지라도) 연속적인 매트릭스를 포함할 것이다. 분말 분무, 분산물(예를 들어, 라텍스)의 코팅 및 건조를 통해, 또는 졸-겔 혼합물의 코팅 및 건조에 의해 침착된 입자들의 모임은 연속적인 네트워크를 포함하지 않을 수 있다. 그러나, 그러한 라텍스 또는 졸-겔 층이, 개별 입자들이 더 이상 식별가능하지도 않고 상이한 입자들로부터 얻어졌던 집합체의 영역들을 식별하는 것이 가능하지도 않도록 압밀될 수 있는 경우에는, 그러한 층은 연속적인 매트릭스인 것으로 간주될 수 있다.

흡수성 유전체 재료는 임의의 두께를 가질 수 있지만, 전형적으로는 150 ㎚ 내지 1200 ㎚의 범위 내이다. 보다 전형적으로, 흡수성 유전체 재료는 500 ㎚ 내지 900 ㎚의 범위의 두께를 갖는 층을 형성하지만, 보다 얇은 검출 층 및 보다 두꺼운 검출 층이 또한 사용될 수 있다.

흡수성 층은 PIM 재료에 더하여 충전제, 산화방지제, 광 안정제와 같은 첨가제를 함유할 수 있지만, 이들 첨가제는 센서 요소의 적절한 작동을 방해하는 경향이 있을 수 있기 때문에, 그러한 첨가제는 전형적으로 최소화되거나 존재하지 않는다. PIM 재료들의 조합이 사용될 수 있다.

다양한 실시예에서, 흡수성 유전체 재료가 아닌 재료의 추가 층 또는 층들이 흡수성 유전체 층에 근접하게 제공될 수 있다. 그러한 층 또는 층들은 여러 이유들 중 임의의 이유로, 예를 들어 보호 층으로서 또는 점착성을 개선하기 위한 타이 층으로서 제공될 수 있다.

다양한 실시예에서, 흡수성 유전체 재료의 다수의 개별 층들이 사용될 수 있다. 예를 들어, PIM 재료의 다수 층들이 사용될 수 있다. 대안적으로, 어떤 다른 흡수성 유전체 재료의 하나 이상의 층이 PIM 재료의 층에 더하여 사용될 수 있다. 흡수성 유전체 재료의 다양한 층들이 서로 직접 접촉할 수 있거나, 이들은 어떤 다른 목적을 위해 존재하는 층 또는 층들(예컨대, 본 명세서에 기술된 바와 같은, 패시베이션 층, 타이 층)에 의해 분리될 수 있다.

제1 전도성 전극은 임의의 적합한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 충분한 총 전도성이 제공되는 한, 상이한 재료들(전도성 및/또는 비전도성)의 조합이 상이한 층들로서 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 전형적으로, 제1 전도성 전극은 약 10⁷ 옴/스퀘어(ohm/square) 미만의 시트 저항(sheet resistance)을 갖는다. 제1 전도성 전극을 제조하는 데 사용될 수 있는 재료의 예에는 유기 재료, 무기 재료, 금속, 합금, 및 이들 재료 중 임의의 것 또는 전부를 포함하는 다양한 혼합물 및 복합물이 포함된다. 소정 실시예에서, 코팅된(예를 들어, 열 증기 코팅된, 스퍼터 코팅된 등) 금속 또는 금속 산화물, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 적합한 전도성 재료에는, 예를 들어 알루미늄, 니켈, 티타늄, 주석, 인듐-주석 산화물, 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 크롬, 및 이들의 조합이 포함된다.

제1 전도성 전극은, 그것이 전도성인 한, 임의의 두께를 가질 수 있으며; 예를 들어 4 ㎚ 이상 내지 400 ㎚, 또는 10 ㎚ 내지 200 ㎚의 범위의 두께일 수 있다. 예를 들어, 제1 전도성 전극은 자립형(self-supporting)이 되기에 충분한 두께(예컨대, 10 마이크로미터 내지 1 센티미터의 범위 내)를 가질 수 있지만, 더 큰 두께 및 더 작은 두께가 또한 사용될 수 있다.

제2 전도성 전극은, 그것이 하나 이상의 유기 분석물에 의해 투과 가능한 것으로 유지되는 한, 추가 성분을 포함할 수 있다. 제2 전도성 전극을 제조하는 데 사용될 수 있는 재료의 예에는 유기 재료, 무기 재료, 금속, 합금, 및 이들 재료 중 임의의 것 또는 전부를 포함하는 다양한 혼합물 및 복합물이 포함된다. 소정 실시예에서, 코팅된(예를 들어, 열 증기 코팅된, 스퍼터 코팅된 등) 금속 또는 금속 산화물, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 적합한 전도성 재료에는, 예를 들어 알루미늄, 니켈, 티타늄, 주석, 인듐-주석 산화물, 금, 은, 백금, 팔라듐, 구리, 크롬, 탄소 나노튜브, 및 이들의 조합이 포함된다. 은 잉크 코팅된 다공성 전도성 전극에 관한 상세사항이 또한 PCT 국제 공개 WO 2009/045733 A2호(그리스카(Gryska) 등)에서 확인될 수 있다. 증착된 증기-투과성 전도성 전극에 관한 상세사항이 또한 미국 가특허 출원 제61/388,146호(팔라쪼또(Palazzotto) 등)에서 확인될 수 있으며, 그의 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

상이한 재료들(전도성 및/또는 비전도성)의 조합이, 충분한 총 전도성 및 투과성이 제공되는 한, 상이한 층들로서 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 전형적으로, 제2 전도성 전극은 약 10⁷ 옴/스퀘어 미만의 시트 저항을 갖는다.

제2 전도성 전극은 전형적으로 1 나노미터(㎚) 내지 500 ㎚의 범위 내의 두께를 갖지만, 다른 두께가 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 전도성 전극은 1 ㎚ 내지 200 ㎚, 1 ㎚ 내지 100 ㎚, 1 ㎚ 내지 10 ㎚, 또는 심지어 1 ㎚ 내지 5 ㎚의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 더 큰 두께는 바람직하지 않게 낮은 수준의 투과성을 가질 수 있는 반면, 더 작은 두께는 불충분하게 전도성인 것으로 될 수 있고/있거나 제2 전도성 부재에 전기적으로 접속하기가 어렵게 될 수 있다. 제2 전도성 전극이 투과성이기 때문에, 제1 전도성 전극은 전형적으로 연속적이고 중단되지 않은 층을 포함하지만, 그것은 원하는 경우 개구 또는 다른 중단부를 포함할 수 있다.

도 3b를 다시 참조하면, 선택적 유전체 기판(318)은, 예를 들어 제1 전도성 전극에 근접해 있고 센서 요소(310)에 물리적 강도 및 완전성을 제공하는 역할을 할 수 있는 재료의 연속적인 슬래브(slab), 층 또는 필름일 수 있다. 센서 요소의 타입에 따라, 구조적 완전성을 갖거나, 가요성이거나, 또는 강성인 임의의 고형 유전체 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어 유리, 세라믹, 및/또는 플라스틱을 포함한 적합한 유전체 재료가 사용될 수 있다. 대규모 생산에서, (폴리에스테르 또는 폴리이미드와 같은) 중합체 필름이 사용될 수 있다.

선택적 보호 커버 또는 배리어 층(barrier layer)이 제1 전도성 전극 또는 제2 전도성 전극 중 적어도 하나에 근접하게 제공될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제2 전도성 부재 전기 접점과의 전기적 접촉을 위해 액세스가능한 제2 전도성 전극의 영역을 남겨 두고서, 커버 층이 제2 전도성 전극 위에 배치될 수 있다. 임의의 그러한 커버 층은 센서 요소의 기능을 크게 방해해서는 안된다. 예를 들어, 관심대상의 분석물이 흡수성 유전체 층에 도달하기 위해 커버 층을 통과해야 하도록 센서 요소가 구성되는 경우, 커버 층은 분석물에 의해 충분히 투과 가능해야 한다.

PIM을 포함하는 흡수성 커패시턴스 센서 요소의 제조 및 그의 작동 원리에 관한 추가 상세사항이, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2011/0045601 A1호(그리스카 등) 및 제2011/0031983 A1호(데이비드(David) 등), 및 미국 가출원 제61/388,146호(팔라쪼또 등)에서 확인될 수 있으며, 이들의 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 유전체 미공성 재료가 유기실리케이트 재료인 흡수성 커패시턴스 센서 요소에 관한 추가 상세사항이 PCT 공개 WO 2010/075333 A2호(토마스(Thomas))에 기술되어 있다. 흡수성 커패시턴스 센서 요소의 다양한 설계(예컨대, 서로 맞물린 전극 또는 병렬 전극)가 공지되어 있으며, 본 발명의 실시에 적합하다.

흡수성 유전체 층에 의한 충분한 분석물의 흡수시, 센서 요소와 관련된 전기적 특성(커패시턴스, 임피던스, 어드미턴스, 전류, 또는 저항을 포함하지만 이로 제한되지 않음)의 검출가능한 변화가 발생할 수 있다. 그러한 검출가능한 변화는 제1 및 제2 전도성 전극과 전기적으로 통신하는 구동 회로에 의해 검출될 수 있다. 이와 관련하여, "구동 회로"는 일반적으로 제1 전도성 전극 및 제2 전도성 전극에 전압을 인가(이에 따라 전극들에 전하 차이를 부여)하고/하거나, 센서 요소의 전기적 특성을 모니터링하는 데 사용될 수 있는 전기 장치를 지칭하는데, 여기서 전기적 특성은 유기 분석물의 존재에 응답해 변할 수 있다. 다양한 실시예에서, 구동 회로는 인덕턴스, 커패시턴스, 전압, 저항, 컨덕턴스, 전류, 임피던스, 위상각, 손실률(loss factor), 또는 소산(dissipation) 중 임의의 것 또는 이들의 조합을 모니터링할 수 있다.

그러한 구동 회로는 전극에 전압을 인가하는 것과 전기적 특성을 모니터링하는 것 둘 모두를 행하는 단일 장치를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 그러한 구동 회로는 2개의 별개의 장치, 즉 전압을 제공하기 위한 장치, 및 신호를 모니터링하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 구동 회로는 전형적으로 전도성 부재들에 의해 제1 전도성 전극에 그리고 제2 전도성 전극에 전기적으로 연결된다.

상기에 논의된 바와 같이, 본 발명자는, 상기에 논의된 타입의 흡수성 커패시턴스 센서의 경우, 제1 증기의 고정 농도에서 얻어진 제1 참 커패시턴스(C1) 대 제2 증기의 고정 농도를 사용해 얻어진 제2 참 커패시턴스(C2)의 비(즉, C1/C2)가, 예를 들어 동일한 재료를 사용해 제조 공정에 따라 생성된 바와 같은 유사한 설계의 커패시턴스 센서에 대해 실질적으로 일정하다는 것을 발견하였다.

도 1a는 하기의 예에 기술되는 바와 같이 마련된 16개의 상이한 흡수성 커패시턴스 센서를 사용해 (건조 공기 및 약 23℃의 센서 요소 온도를 사용하는 표준 조건 하에서) 100 ppm(parts per million) 메틸 에틸 케톤(MEK) 증기에 대한 노출 및 25 ppm 톨루엔 증기에 대한 노출시 얻어진 참 커패시턴스 값을 보고하고 있다.

불규칙 변동으로 인해, 각각의 센서는 다른 것들과는 약간 상이한 전극 구성을 가져서, 100 ppm(parts per million)의 메틸 에틸 케톤(MEK) 증기에 대한 노출 및 25 ppm의 톨루엔 증기에 대한 노출시 얻어진 참 커패시턴스가 상이하였다. 그럼에도 불구하고, 도 1b에서 알 수 있는 바와 같이, 25 ppm 톨루엔 증기 노출에 대한 노출시 얻어진 참 커패시턴스 대 100 ppm의 MEK 노출에 대한 노출시 얻어진 참 커패시턴스의 비는 실질적으로 일정하였다.

따라서, 상기의 발견을 활용하는 교정 라이브러리를 생성하는 방법이, 달리 지시되지 않는 한 표준 온도 및 습도 조건(예컨대, 분석물 증기와 조합하여 건조 공기를 사용함) 하에서 작동하는 커패시턴스 센서 요소와 관련하여 하기에 논의될 것이다. 본 발명에 따라 커패시턴스 측정을 행함에 있어서 표준 온도를 사용하는 것은 일반적으로 중요한데, 그 이유는 전형적으로 커패시턴스 센서 요소의 관찰된 커패시턴스에 대한 온도 의존성이 존재하기 때문이다. 주위 온도를 사용하는 것은 온도 변동을 야기할 수 있기 때문에, 압도적 다수의 사용 조건에서 일정한 온도가 용이하게 달성되도록 주위(예컨대, 약 23℃)보다 높은 표준 온도를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 온도는 커패시턴스 센서 요소를 30℃ 내지 100℃, 40℃ 내지 80℃, 50℃ 내지 65℃, 또는 심지어 약 55℃의 범위 내의 설정 온도로 가열함으로써 달성될 수 있지만, 더 높은 온도 및 더 낮은 온도(주위보다 낮은 온도를 포함함)가 또한 원하는 경우에 사용될 수 있다. 가열은, 예를 들어 저항 히터 요소를 포함한 임의의 적합한 방법에 의해 성취될 수 있다. 제1 전도성 전극이 또한 가열 요소로서 역할을 하는 예시적인 구성이, 발명의 명칭이 "일체형 가열을 갖는 센서 요소를 포함하는 증기 센서(VAPOR SENSOR INCLUDING SENSOR ELEMENT WITH INTEGRAL HEATING)"이고 본 출원과 동일자로 출원된 공계류 중인 미국 가특허 출원 제XX/XXX,XXX호(대리인 문서 번호 67486US002)에 기술되어 있으며, 그의 개시내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

기준 커패시턴스 센서 요소는 제1 전도성 전극과 제2 전도성 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 유전체 미공성 재료의 층을 포함하며, 분석물 증기의 적어도 일부는 유전체 미공성 재료의 기공 내에 흡수된다.

기준 라이브러리를 생성하기 위한 일반적인 방법

하기의 논의는 교정 라이브러리를 생성하는 일반적으로 적용가능한 방법에 관한 것이다.

단계 a)에서, 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_ref)가 제1 분석물 증기의 기지의 농도(Y)에 노출되는 동안 측정된다. 분석물의 선택은, 분석물이 측정 조건 하에서 적어도 약간의 증기압을 가지며 유전체 미공성 재료의 층 내에 가역적으로 흡수가능하다면, 특별히 제한되지 않는다. 전형적으로, 분석물은 휘발성 유기 화합물이지만, 이는 필요조건은 아니다. 적합한 분석물 증기의 예에는 지방족 탄화수소(예컨대, n-옥탄 또는 사이클로헥산), 케톤(예컨대, 아세톤 또는 메틸 에틸 케톤), 방향족 탄화수소(벤젠, 톨루엔, 클로로벤젠, 또는 나프탈렌), 니트릴(예컨대, 아세토니트릴 또는 벤조니트릴), 염소화 지방족 탄화수소(예컨대, 클로로포름, 다이클로로에탄, 메틸렌 클로라이드, 4염화탄소, 또는 테트라클로로에틸렌), 에스테르(예컨대, 비닐 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 또는 메틸 벤조에이트), 황화물(예컨대, 페닐 메르캅탄), 에테르(예컨대, 메틸 아이소부틸 에테르 또는 다이에틸 에테르), 알데하이드(예컨대, 포름알데하이드, 벤즈알데하이드, 또는 아세트알데하이드), 알코올(예컨대, 메탄올 또는 에탄올), 아민(예컨대, 2-아미노피리딘), 유기산(예컨대, 아세트산, 프로피온산), 아이소시아네이트(예컨대, 메틸 아이소시아네이트 또는 톨루엔-2,4-다이아이소시아네이트), 및 니트로-치환된 유기물(예컨대, 니트로메탄 또는 니트로벤젠)이 포함된다.

단계 b)에서, 기준 커패시턴스 센서 요소의 기본 커패시턴스(C_{ref base})가 표준 온도에서 제1 분석물 증기의 부재 시에 측정된다. 이러한 제2 단계는 단계 a) 이전에 또는 그 후에 수행될 수 있다.

단계 c)에서, 참 기준 커패시턴스(C_{ref true})가 결정된다. 예를 들어, C_{ref true}는 C_ref로부터 C_{ref base}를 감산함으로써 결정될 수 있다. 그러나, C_{ref true}의 등가의 값을 결정하는 임의의 다른 방법이 또한 사용될 수 있다.

단계 d)에서, 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n2)가 표준 조건 하에서 제2 분석물 증기의 기지의 농도에 노출되는 동안 결정된다.

단계 e)에서, 제1 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref})가 결정된다. 예를 들어, C_{n2 ref}는 C_n2로부터 C_{ref base}를 감산하고 이 결과를 C_{ref true}로 나눔으로써 결정될 수 있다. 그러나, C_{ref true}의 등가의 값을 결정하는 임의의 다른 방법이 또한 사용될 수 있다.

단계 f)에서, 단계 d) 및 단계 e)가 제2 분석물 증기의 2개 이상의 추가의 상이한 농도에서 반복되어, 기지의 농도들에서의 2개의 추가의 상대적 커패시턴스를 생성한다. 예를 들어, d) 및 e)는 제2 분석물 증기의 상이한 농도들에서 3회 이상, 4회 이상, 5회 이상, 10회 이상, 20회 이상, 또는 그 초과로 반복될 수 있다. 이 정보로부터, 주어진 증기에 대한 상대적 기준 커패시턴스와 농도 사이의 기준 상관성이 결정될 수 있다.

단계 g)에서, C_{n2 ref}와 제2 분석물 증기의 농도 사이의 제1 기준 상관성이 결정된다. 상관성은 예를 들어 간단한 룩업 테이블(look-up table)이거나, 또는 예를 들어 곡선 피팅 분석(curve-fitting analysis)을 사용해 얻어진 수학적 관계(예컨대, 제2 분석물 증기의 농도의 함수로서의 C_{n2 ref})일 수 있다. 곡선 피팅의 방법이 당업계에 잘 알려져 있다.

전술된 방법을 사용해 유사한 방식으로 계속하면, 증기압을 가지며 미공성 재료에 의해 흡수되는 임의의 용매에 대한 기준 상관성을 생성하는 것이 용이하게 가능하다.

단계 h)에서, 제1 기준 상관성, 및 선택적으로 추가의 기준 상관이 컴퓨터 판독가능 매체(즉, 비-일시적 매체) 상에 기록된다. 예시적인 컴퓨터 판독가능 매체에는 자기 디스크, 테이프, 광디스크, 읽기 전용 반도체 메모리(예컨대, ROM), 및 비휘발성 반도체 (플래시) 메모리(예컨대, NAND RAM 및 EEPROM)와 같은 전자 컴퓨터 어드레싱가능 메모리 디바이스가 포함된다.

상기에 논의된 바와 같이, 참 커패시턴스 대 기본 커패시턴스의 비가 본 명세서에 기술된 타입의 많은 흡수성 커패시턴스 센서에 대해 본질적으로 일정하다는 것이 현재 발견되었다. 그러한 경우에, 기준 라이브러리를 생성하기 위한 단순화된 특수 방법이 사용될 수 있다.

기준 라이브러리를 생성하는 특수 방법

특수 방법은 하기의 단계를 포함한다.

단계 a)에서, 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n1)가 표준 온도에서 제1 분석물 증기의 기지의 농도(Y)에 노출되는 동안 측정된다.

단계 b)에서, 기준 커패시턴스 센서 요소의 기본 커패시턴스(C_{ref base})가 표준 온도에서 제1 분석물 증기의 부재 시에 측정된다.

단계 a) 및 단계 b)는 전술된 기준 라이브러리를 생성하는 일반적 방법에서와 본질적으로 동일하다.

단계 c)에서, 상대적 기준 커패시턴스(C_{n1 ref})가 결정된다. C_{n1 ref}는 방정식 C_{n1 ref} = (C_n1 - C_{ref base})/ C_{ref base}에 따라 계산될 수 있다.

단계 d)에서, 단계 a) 및 단계 c)가 제1 분석물 증기의 2개 이상(예컨대, 2개, 3개, 4개, 5개, 10개 이상, 또는 심지어 20개 이상)의 추가의 상이한 농도에서 반복된다.

제1 분석물 증기의 상이한 농도들에서의 측정된 상대적 기준 커패시턴스 값들로부터, C_{n1 ref}와 제1 분석물 증기의 농도 사이의 기준 상관성이, 전술된 기준 라이브러리를 생성하는 일반적 방법의 (예컨대, 단계 g)와 관련하여 기술된 바와 같이) 구성될 수 있다.

따라서, 단계 e)에서, C_{n1 ref}와 제1 분석물 증기의 농도 사이의 제1 기준 상관성이 생성되고, 다른 단계 f)에서 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록된다.

도 2는 500 ppm 아이소프로판올(IPA) 노출로부터의 커패시턴스 값에 대해 상대적 커패시턴스 값을 계산한 후에(즉, 500 ppm IPA 노출에서의 센서 요소의 참 커패시턴스로 나누어진 유기 증기의 주어진 농도에 대해 측정된 참 커패시턴스를 나눈 후에) 다양한 유기 증기에 대해 도 1a 및 도 1b에서와 같은 흡수성 커패시턴스 센서 요소에 대한 예시적인 기준 상관성을 도시하고 있다.

교정 라이브러리를 생성하는 상기 방법은 제1 분석물과 제2 분석물이 동일하든지 또는 상이하든지 간에 수행될 수 있다. 추가 분석물들에 대한 기준 상관성이, 대응하는 추가 분석물을 사용해 상기 절차를 반복함으로써 용이하게 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 적어도 제2 (또는 후속) 분석물이 수증기인 경우, 본 발명에 따른 방법은 습도를 측정하는 데 사용될 수 있다.

전술된 바와 같은 기준 라이브러리는, 센서 요소가 검출하는 데 사용될 수 있는 다양한 분석물 증기에 대한 기준 상관성들을 포함한다. 따라서, 컴퓨터 판독가능 매체는 전자 디바이스에 통합될 수 있다.

예시적인 그러한 디바이스가 도 3에 도시되어 있다. 이제 도 3을 참조하면, 전자 디바이스(300)는 전자 디바이스(300)에 포함된 전기 구성요소에 전력을 공급하도록 구성된 구동 회로(350)를 포함한다. 선택적 적분 커패시턴스 센서 요소(310)는, 정보가 저장된 컴퓨터 판독가능 매체(328) 상에 기준 라이브러리를 생성하는 데 사용되는 기준 커패시턴스 센서 요소와 실질적으로 동일한 설계를 갖는다. 정보는 본 발명의 대응하는 방법에 따라 마련된 교정 라이브러리를 포함한다. 검출 모듈(322)은 구동 회로(350)와 전기적으로 통신하며, 선택적 적분 커패시턴스 센서 요소(310)로부터 전기 신호를 수신하도록 구성된다. 적합한 검출 모듈의 예에는 아날로그-디지털 컨버터가 포함된다. 프로세서 모듈(324)은 검출 모듈(322) 및 컴퓨터 판독가능 매체(328)에 통신가능하게 연결된다. 적합한 프로세서 모듈의 예에는, 컴퓨터 판독가능 매체로부터 입력 정보를 수신하고 수학적 계산을 수행하여서 출력 정보를 생성할 수 있는 컴퓨터 칩 프로세서가 포함된다.

프로세서 모듈(324)은, 대응하는 기준 상관성이 교정 라이브러리 내에 존재하는 특정 분석물 증기의 미지의 농도에 노출되는 동안 선택적 적분 커패시턴스 센서 요소(310)의 커패시턴스(C_unk)를 획득하도록 구성된다. 프로세서 모듈의 능력은 기준 라이브러리 내에 포함된 상관성의 성질에 좌우될 것이다.

예를 들어, 기준 라이브러리가 전술된 기준 라이브러리를 생성하는 일반적 방법에 따라 생성되는 경우, 프로세서 모듈(324)은, (예컨대, 검출 모듈(322)로부터) (선택적 적분 커패시턴스 센서 요소(310)에 대해) 선택적 적분 커패시턴스 센서 요소(310)에 대한 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하고; 상대적 커패시턴스 C_{unk rel} = (C_unk - C_{int base})/R_conv를 획득하고, C_{unk rel}를 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 분석물 증기의 참 농도를 획득하고; 참 농도를 컴퓨터 판독가능 매체(328)에 기록하고/기록하거나, 참 농도를 디스플레이 부재(340)에 전달하도록 추가로 구성된다. R_conv는 적분 센서 요소를 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출시키는 단계; 적분 센서 요소가 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출되는 동안 적분 센서 요소의 제1 커패시턴스(C_{int meas1})를 측정하는 단계; 적분 센서 요소가 제2 분석물의 기지의 제2 증기 농도에 노출되는 동안 적분 센서 요소의 제2 커패시턴스(C_{int meas2})를 측정하는 단계, 차이(ΔC_{int meas})를 획득하는 단계 - 여기서,

ΔC_{int meas} = |C_{int meas1} - C_{int meas2}|임 -; 제2 분석물의 제1 증기 농도에서의 기준 센서 요소의 제1 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref1})와 분석물의 제2 증기 농도에서의 기준 센서 요소의 제2 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref2}) 사이의 차이(ΔC_{n2 ref})를 획득하는 단계 - 여기서,

ΔC_{n2 ref} = | C_{n2 ref1} - C_{n2 ref2}|임 -; 및 ΔC_{int meas} / ΔC_{n2 ref}로서 R_conv를 계산하는 단계를 포함하는 방법에 의해 획득가능하다.

그러나, 기준 라이브러리가 전술된 기준 라이브러리를 생성하기 위한 특수 방법에 따라 생성되는 경우, 프로세서 모듈(324)은, (예컨대, 검출 모듈(322)로부터) 선택적 적분 커패시턴스 센서 요소(310)에 대한 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하고; 상대적 커패시턴스 (C_{unk rel}) = (C_unk - C_{int base})/C_{int base}를 획득하고; C_{unk rel}를 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 특정 분석물 증기의 참 농도를 획득하고(예컨대, 아세톤이 특정 분석물 증기인 경우, 대응하는 기준 상관성은 아세톤에 관련될 것임); 참 농도를 컴퓨터 판독가능 매체(328)에 기록하고/기록하거나, 참 농도를 디스플레이 부재(340)에 전달하도록 추가로 구성된다.

적합한 디스플레이 부재의 예에는 발광 다이오드(LED) 디스플레이 및 프린터가 포함된다. 통신 인터페이스 모듈(326)은 디스플레이 부재(340) 및 프로세서 모듈(324)에 통신가능하게 연결된다. 구동 회로(350)는 구동 회로(350), 검출 모듈(322), 적분 커패시턴스 센서 요소(310), 프로세서 모듈(324), 및 통신 인터페이스 모듈(326)에 전력을 제공하도록 구성된 선택적인 전원 장치(335)를 포함한다. 일부 실시예에서, 검출 모듈(322), 컴퓨터 판독가능 매체(328), 프로세서 모듈(324), 및 통신 인터페이스 모듈(326)은 모두 단일 반도체 컴퓨터 칩(320)에 통합된다.

일부 실시예에서, 구동 회로(350)는 선택적 적분 커패시턴스 센서 요소(310)를 가열하도록 구성된 선택적 가열 요소(360)(예컨대, 저항성 히터)와 전기적으로 통신한다.

적분 커패시턴스 센서 요소(310)가 상기 전자 디바이스(300)에 대해 선택적이지만, 그것은 분석물 증기를 검출하는 데 사용하기 전에 전자 디바이스(300)에 포함되어야 한다. 물론, 적분 커패시턴스 센서 요소(310)가 손상되는 경우, 그것은 다른 것으로 교체될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 (유기 분석물에 더하여) 습도로 인한 커패시턴스에 대한 기여를 고려하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 이것은 측정된 상대 습도 및 온도로부터 수증기 농도를 계산하고, 이를 예를 들어, (예컨대, 전술된 바와 같이) 수증기 농도와 상대적 커패시턴스 사이의 상관성과 비교하여 습도로 인한 상대적 커패시턴스를 결정하고, 이어서 습도 및 분석물로 인해 관찰된/계산된 총 상대적 커패시턴스로부터 그것을 감산함으로써 성취될 수 있다. 이어서 생성된 상대적 커패시턴스는 그것을 결정하기 위해 상대적 커패시턴스 대 분석물 증기 농도의 대응하는 기준 상관성과 매칭될 수 있다.

본 발명의 목적 및 이점이 하기의 비제한적인 예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 예에 언급된 특정 재료 및 그의 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

예

달리 언급되지 않는 한, 예 및 명세서의 나머지 부분에서 모든 부(part), 백분율, 비 등은 중량 기준이다.

(MEK 및 톨루엔 노출에 사용되는) PIM A의 제조

2.0 L 3구 둥근 바닥 플라스크에서, 33.4365 g의 3,3,3′,3′-테트라메틸-1,1′-스피로비스인단-5,5′,6,6′-테트롤 (테트롤) 및 19.8011 g의 테트라플루오로테레프탈로니트릴(TFTN)을 900 mL의 무수 N,N-다이메틸포름아미드(DMF)에 용해시켰다. 용액을 기계적 교반기로 교반하고, 1시간 동안 용액을 통해 질소를 버블링하였다. 이 용액에 81.4480 g의 탄산칼륨을 첨가하였다. 플라스크를 67℃의 오일조 내에 두었다. 67.5시간 동안 질소 분위기 하에 이러한 승온에서 혼합물을 교반하였다. 중합 혼합물을 9.0 L의 물에 부었다. 형성된 침전물을 진공 여과에 의해 단리하고 600 mL의 메탄올로 세척하였다. 단리된 재료를 팬에 펼쳐놓고 하룻밤 공기 건조되게 하였다. 고체를 병에 넣고 진공 하에서 68℃에서 4시간 동안 건조시켰다. 생성된 황색 분말을 450 mL의 테트라하이드로푸란에 용해시켰다. 이 용액을 9.0 L의 메탄올에 천천히 부었다. 형성된 침전물을 진공 여과에 의해 단리하였다. 단리된 재료를 팬에 펼쳐놓고 하룻밤 공기 건조되게 하였다. 고체를 병에 넣고 진공 하에서 4시간 동안 68℃에서 건조시켰다. 메탄올에서의 침전을 한 번 더 수행하였다. 생성된 건조된 밝은 황색 중합체는 43.21 g이었다. 광 산란 검출을 사용하는 GPC에 의한 중합체의 분석은 그 재료가 대략 35,800 g/mol의 수평균 분자량(M_n)을 갖는다는 것을 보여주었다.

(기준 상관성을 생성하는 데 사용되는) PIM B의 제조

8-oz (240 mL) 호박색 병에서, 5.6161 g의 3,3,3′,3′-테트라메틸-1,1′-스피로비스인단-5,5′,6,6′-테트롤 (테트롤) 및 3.3000 g의 테트라플루오로테레프탈로니트릴(TFTN)을 150 mL의 무수 N,N-다이메틸포름아미드(DMF)에 용해시켰다. 이 용액에 6.0004 g의 탄산칼륨을 첨가하였다. 병을 65℃의 론드로미터(laundrometer) 내에 두었다. 혼합물을 이러한 승온에서 62시간 동안 교반하였다. 중합 혼합물을 1.5 L의 물에 부었다. 형성된 침전물을 진공 여과에 의해 단리하고 300 mL의 메탄올로 세척하였다. 단리된 재료를 병에 넣고 진공 하에 58℃에서 18시간 동안 건조시켰다. 생성된 황색 분말을 100 mL의 테트라하이드로푸란에 용해시켰다. 이 용액을 1.5 L의 메탄올에 천천히 부었다. 형성된 침전물을 진공 여과에 의해 단리하였다. 단리된 재료를 병에 넣고 진공 하에 58℃에서 18시간 동안 건조시켰다. 메탄올에서의 침전을 한번 더 수행하였다. 생성된 건조된 밝은 황색 중합체 7.09 g이었다. 광 산란 검출을 사용하는 GPC에 의한 중합체의 분석은 그 재료가 대략 35,600 g/mol의 수평균 분자량(M_n)을 갖는다는 것을 보여주었다.

센서 요소의 제조

440 × 440 ㎜ 패널(1.1 ㎜ 두께, 미국 뉴욕주 엘름스포드 소재의 쇼트 노스 아메리카(Schott North America)로부터의 D-263 T 표준 유리)로부터 절단한 5.1 ㎝ × 5.1 ㎝ (2" × 2") 쇼트(Schott) 유리 슬라이드 - 이것을 (미국 뉴욕주 화이트 플레인스 소재의 알코녹스(Alconox)로부터의) 알코녹스 리퀴-녹스(ALCONOX LIQUI-NOX) 세제 용액에 30 내지 60분 동안 소킹(soaking)하고, 이어서 슬라이드의 각각의 면(side)을 강모 브러시로 스크러빙(scrubbing)하고, 이것을 따뜻한 수돗물 아래에서 헹군 다음에 탈이온수(DI수)로 최종적으로 헹굼으로써 세정함 - 상에 센서 요소를 제조하였다. 표면 상의 먼지 축적을 방지하기 위해 슬라이드를 공기 건조 커버되게 하였다. 건조한, 깨끗한 슬라이드를 미국 미네소타주 채스카 소재의 엔테그리스(Entegris)로부터 획득한 7.6 ㎝ 웨이퍼 캐리어 내에 보관하였다.

레이저 절단된 1.16 ㎜ 두께의 스테인레스강으로부터 제조된, 상측 가장자리가 1.2 ㎝ (0.46 인치), 하측 가장자리가 1.5 ㎝ (0.59 인치), 그리고 좌측 가장자리 및 우측 가장자리가 0.35 ㎝ (0.14 인치)인 단일 직사각형 개구를 갖는 5 ㎝ (2 인치) × 5 ㎝ (2 인치) 정사각형 마스크(마스크 A)를 사용해, 10.0 ㎚의 티타늄(미국 매사추세츠주 워드힐 소재의 알파 아에사르(Alfa Aesar)로부터 9.5 ㎜ × 9.5 ㎜, 99.9+% 순도의 티타늄 슬러그(slug)로서 획득함)을 0.1 ㎚/sec(㎚ per second)의 속도로 e-빔 증발 코팅하고, 이어서 150.0 ㎚의 알루미늄(알파 아에사르로부터 4 내지 8 ㎜, 푸라트로닉(Puratronic) 등급 99.999%의 샷(shot)으로서 획득함)을 0.5 ㎚/sec로 e-빔 증발 코팅함으로써 쇼트 유리 슬라이드 상에 제1 전도성 전극을 침착시켰다. 마스크의 날카로운 에지에 의해 야기되는 단락의 가능성을 최소화하기 위해 모든 마스크를 사용하기 전에 버르(bur) 제거하였다. 미국 뉴욕주 이스트 시라큐스의 인피콘(INFICON)으로부터의 인피콘 XTC/2 박막 침착 제어기를 사용해 증착 공정을 제어하였다.

작은 병에서 성분들을 혼합하고, 이를 롤러 밀 상에 하룻밤 또는 중합체가 실질적으로 용해될 때까지 두고, 이어서 1 마이크로미터 아크로디스크(ACRODISC) 필터(미국 미시간주 앤 아버 소재의 폴 라이프 사이언시스(PALL Life Sciences)로부터 1 마이크로미터 유리 섬유 멤브레인을 갖는 아크로디스크 25 ㎜ 시린지 필터(ACRODISC 25 MM SYRINGE FILTER WITH 1 MICRON GLASS FIBER MEMBRANE)로서 획득함)를 통해 여과시킴으로써 4 중량%의 클로로벤젠 중 PIM 재료의 용액을 제조하였다. 형성된 임의의 거품이 빠져나갈 수 있도록 이 용액을 하룻밤 동안 그대로 두었다.

미국 펜실베이니아주 노스 웨일즈 소재의 로렐 테크놀로지스, 코포레이션(Laurell Technologies, Corp.)에 의해 제조된 WS-400B-8NPP-LITE 단일 웨이퍼(SINGLE WAFER) 스핀 프로세서 내에 견본(즉, 상부에 전도성 전극을 갖는 유리 슬라이드)을 넣고, 제1 전도성 전극 상에 약 0.5 ml의 클로로벤젠을 배치하고, 이어서 1분 동안 1000 rpm의 스핀 코팅 사이클을 통해 작동시킴으로써 제1 전도성 전극을 세정하였다.

이어서 4 중량%의 PIM 재료의 용액을 동일한 스핀 코팅 조건 하에서 제1 전도성 전극 상에 코팅하였다. 스핀-코팅 후, 아세톤 소킹된 면봉으로 코팅의 작은 섹션을 제거함으로써 미국 캘리포니아주 샌터크루즈 소재의 엠비오스(AMBiOS)로부터의 모델 XP-1 프로파일로미터(Profilometer)를 사용해 PIMS 두께 측정을 행하였다. 두께 측정에 사용된 파라미터는 0.1 ㎜/sec의 스캔 속도, 5 ㎜의 스캔 길이, 10 마이크로미터의 범위, 0.20 mg의 스타일러스 힘, 및 4의 필터 수준이었다. PIM 코팅의 두께는 대체로 500 내지 600 ㎚의 범위였다. 모든 샘플을 코팅 후 100℃ 에서 1시간 동안 베이킹하였다.

수직으로 0.56 ㎝(0.22 인치)만큼 이격되고 수평으로 1.2 ㎝(0.48 인치)만큼 이격된 4개의 1.5 ㎝(0.60 인치) 높이 × 0.84 ㎝(0.33 인치) 폭 직사각형 잉크 패치들의 2 × 2 어레이를 생성한 패턴에 따라, 패턴화된 제2 은 전극을 PIM 재료의 상부에 잉크젯 인쇄하였다. 제2 전극을 잉크젯 인쇄하기 위해, 비트맵 이미지(센티미터당 276개 도트(인치당 702개 도트))를 생성하고 XY 침착 시스템에 다운로드하였다. 은 나노입자 졸을 침착시키는 데 사용한 인쇄헤드는 10 피코리터 액적 부피 및 128개의 제트/오리피스를 갖는 디메틱스(DIMATIX) SX3-128 인쇄헤드(미국 캘리포니아주 산타클라라 소재의 후지필름 디메틱스(FUJIFILM Dimatix))였으며, 이 인쇄헤드 조립체는 대략 6.5 ㎝ 길이이고 제트간 간격은 508 마이크로미터이다. 이 전극을 구성하는 데 사용한 은 나노입자 졸은 캐보트(Cabot)로부터 명칭 AG-IJ-G-100-S1으로 획득하였다. 은 나노입자 졸은 대략 15 내지 40 중량% 에탄올, 15 내지 40 중량% 에틸렌 글리콜, 및 20 중량% 은이었다. 다공성 알루미늄 진공 압반(vacuum platen)을 사용해 샘플을 잉크젯 인쇄 공정 동안에 단단히 유지하였다. 인쇄 완료시, 샘플을 다공성 알루미늄 진공 압반으로부터 제거하고 고온 플레이트 상에 125℃ 에서 15분 동안 두었다.

활성 전극을 침착시킨 후에, 대한민국 충청북도 청원군 부용면 금호리 244 부용 공업 단지 소재의 ANP로부터의 은 나노입자 잉크인 DGP-40LT-25C를 사용해 연결 전극을 제조하였다. 검사 동안에 전기적 접촉을 용이하게 하기 위해 제2 전도성 전극에 대한 연결부를 페인팅하는 데 작은 화필을 사용하였다. 이 연결부를 페인팅한 후에, 센서를 150℃에서 1시간 동안 베이킹하여 잉크를 경화시켰다.

이러한 센서 제조 공정은 대략 50 ㎜ × 50 ㎜ 유리 기판 상에 대략 8 ㎜ × 10 ㎜ 활성 영역(연결 전극에 의해 덮이지 않은, 중첩하는 제1 전도성 전극 및 제2 전도성 전극 아래의 영역)의 4개 센서 요소의 세트를 생성했다. 센서 요소를 그의 전방(활성) 표면이 손상되지 않도록 지지하면서 배면(비활성 면) 상에서 표준 유리 스코어링 커터를 사용해 샘플을 다이싱(dicing)함으로써 개별 센서 요소들을 제조하였다. 개별 센서 요소들로 다이싱한 후에, 미국 미네소타주 채스카 소재의 엔테그리스로부터의 3.81 ㎝ 웨이퍼 홀더 내에 센서들을 보관하였다.

유기 증기에 노출된 센서 요소의 커패시턴스 측정

검사 전에, 대류식 오븐을 사용해 모든 샘플을 150℃에서 1시간 동안 베이킹하였다. 습기를 제거하기 위해 미국 오하이오주 제니아 소재의 더블유. 에이. 하몬드 컴퍼니, 엘티디.(W. A. Hammond Co., Ltd.)로부터의 드라이어라이트(DRIERITE) 건조제 위를 통과하고 임의의 유기 오염물을 없애기 위해 활성탄 위를 통과한 공기 중에서 모든 검사를 수행하였다. 검사 챔버는 한 번에 4개의 센서 견본의 측정을 허용하였다. 시스템을 통과하는 10 L/분 건조 공기 유동을 사용해 증기 검사를 수행하였다. 500 마이크로리터 기밀 시린지(미국 네바다주 레노 소재의 해밀턴 컴퍼니(Hamilton Company)로부터 획득함)를 장착한 KD 과학용 시린지 펌프(미국 매사추세츠주 홀리스톤 소재의 케이디 사이언티픽 인크.(KD Scientific Inc.)로부터 입수가능함)를 사용해 다양한 증기 수준을 생성하였다. 시린지 펌프는 유기 액체를 500 ml 3구 플라스크 내에 걸려 있는 한 장의 여과지로 전달하였다. 여과지를 통과하는 건조 공기의 유동은 용매를 증발시켰다. 시린지 펌프를 제어함으로써 상이한 속도로 용매를 전달하여 증기의 상이한 농도를 생성하였다. 검사 작동 동안에 증기 프로파일이 생성되게 하는 랩뷰(LABVIEW)(미국 텍사스주 오스틴 소재의 내셔널 인스트루먼츠(National Instruments)로부터 입수가능한 소프트웨어) 프로그램에 의해 시린지 펌프를 제어하였다. 미란(MIRAN) IR 분석기(미국 매사추세츠주 월섬 소재의 써모 피셔 사이언티픽, 인크.(Thermo Fischer Scientific, Inc.)로부터 입수가능함)를 사용하여 설정 농도를 검증하였다. 제1 전도성 전극 및 제2 전도성 전극을 가로질러 1000 Hz에서 1 볼트를 인가하는 LCR 미터(미국 캘리포니아주 치노 소재의 인스텍 아메리카, 코포레이션(Instek America, Corp.)로부터 인스텍(INSTEK) 모델 821 LCR 미터로서 입수가능함)로 커패시턴스를 측정하였다. 시린지 펌프를 제어한 동일 랩뷰 프로그램을 사용해 데이터를 수집하고 저장하였다.

본 발명의 선택된 실시예

제1 실시예에서, 본 발명은 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

a) 표준 온도에서 제1 분석물 증기의 기지의 농도(Y)에 노출되는 동안 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_ref)를 측정하는 단계로서, 상기 기준 커패시턴스 센서 요소는 제1 전도성 전극과 제2 전도성 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 유전체 미공성 재료의 층을 포함하고, 상기 분석물 증기의 적어도 일부는 상기 유전체 미공성 재료의 기공 내에 흡수되는, 상기 커패시턴스(C_ref) 측정 단계;

b) 상기 표준 온도에서 상기 제1 분석물 증기의 부재 시에 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 기본 커패시턴스(C_{ref base})를 측정하는 단계;

c) 참 기준 커패시턴스(C_{ref true})를 결정하는 단계로서,

C_{ref true}= C_ref - C_{ref base}인, 상기 참 기준 커패시턴스(C_{ref true}) 결정 단계;

d) 제2 분석물 증기의 기지의 농도에 노출되는 동안 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n2)를 측정하는 단계;

e) 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref})를 결정하는 단계로서,

C_{n2 ref} = (C_n2 - C_{ref base})/C_{ref true}인, 상기 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref}) 결정 단계;

f) 상기 제2 분석물 증기의 2개 이상의 추가의 상이한 농도에서 단계 d) 및 단계 e)를 반복하는 단계;

g) C_{n2 ref}와 상기 제2 분석물 증기의 상기 농도 사이의 제1 기준 상관성을 결정하는 단계; 및

h) 상기 제1 기준 상관성을 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록하는 단계를 포함한다.

제2 실시예에서, 본 발명은, 상기 컴퓨터 판독가능 매체는 비-일시적 반도체 메모리 디바이스를 포함하는, 제1 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제3 실시예에서, 본 발명은, 상기 제1 분석물 증기와 상기 제2 분석물 증기는 서로 상이한, 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제4 실시예에서, 본 발명은, 상기 상관성은 수학적인, 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제5 실시예에서, 본 발명은, 상기 제1 분석물 증기 및 상기 제2 분석물 증기는 동일한 화학적 화합물로 구성되는, 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제6 실시예에서, 본 발명은, 상기 제2 분석물 증기는 수증기인, 제1 실시예 내지 제5 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제7 실시예에서, 본 발명은, 상기 표준 온도는 40℃ 내지 80℃의 범위 내인, 제1 실시예 내지 제6 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제8 실시예에서, 본 발명은,

i) 제3 분석물 증기의 기지의 농도에 노출되는 동안 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n3)를 측정하는 단계;

j) C_{n3 ref}를 결정하는 단계로서, C_{n3 ref} = (C_n3 - C_{ref base})/C_{ref true}인, 상기 C_{n3 ref} 결정 단계;

k) 상기 제3 분석물 증기의 2개 이상의 추가의 상이한 농도에서 단계 i) 및 단계 j)를 반복하는 단계;

l) C_{n3 ref}와 상기 제3 분석물 증기의 상기 농도 사이의 제2 기준 상관성을 결정하는 단계; 및

m) 상기 제2 기준 상관성을 상기 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록하는 단계를 추가로 포함하는, 제1 실시예 내지 제7 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제9 실시예에서, 본 발명은 정보가 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 전자 디바이스를 제공하며, 상기 정보는 제1 실시예 내지 제8 실시예 중 어느 한 실시예의 기준 라이브러리를 생성하는 방법에 따라 마련된 기준 라이브러리를 포함한다.

제10 실시예에서, 본 발명은,

적어도 적분 커패시턴스 센서 요소에 전력을 공급하도록 구성된 구동 회로로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 상기 기준 커패시턴스 센서 요소와 실질적으로 동일한 구성을 갖는, 상기 구동 회로;

상기 구동 회로와 전기적으로 통신하는 검출 모듈로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소로부터 전기 신호를 수신하도록 구성되는, 상기 검출 모듈;

상기 검출 모듈 및 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 통신가능하게 연결되며, 하기 작업을 행하도록 구성된 프로세서 모듈:

대응하는 기준 상관성이 상기 교정 라이브러리 내에 존재하는 특정 분석물 증기의 미지의 농도에 노출되는 동안 상기 적분 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_unk)를 획득하고,

상기 적분 커패시턴스 센서 요소에 대한 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하고,

상대적 커패시턴스 C_{unk rel} = (C_unk - C_{int base})/R_conv를 획득하고, 여기서 R_conv는 하기 단계에 의해 획득가능하며:

상기 적분 센서 요소를 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출시키는 단계로서, 상기 적분 센서 요소는 2개의 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 미공성 재료의 층을 포함하고, 상기 제2 분석물의 적어도 일부는 상기 미공성 재료의 기공 내에 흡착되는, 상기 노출 단계,

상기 적분 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 센서 요소의 제1 커패시턴스(C_{int meas1})를 측정하는 단계,

상기 적분 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제2 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 센서 요소의 제2 커패시턴스(C_{int meas2})를 측정하는 단계,

차이(ΔC_{int meas})를 획득하는 단계로서,

ΔC_{int meas} = |C_{int meas1} - C_{int meas2}|인, 상기 차이(ΔC_{int meas}) 획득 단계,

상기 제2 분석물의 상기 제1 증기 농도에서의 기준 센서 요소의 제1 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref1})와 상기 분석물의 상기 제2 증기 농도에서의 상기 기준 센서 요소의 제2 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref2}) 사이의 차이(ΔC_{n2 ref})를 획득하는 단계로서, ΔC_{n2 ref} = | C_{n2 ref1} - C_{n2 ref2}|인, 상기 차이(ΔC_{n2 ref}) 획득 단계, 및

ΔC_{int meas} / ΔC_{n2 ref}로서 R_conv를 계산하는 단계;

C_{unk rel}를 상기 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 상기 분석물 증기의 참 농도를 획득하고; 및

상기 참 농도를 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 기록하는 것, 또는

상기 참 농도를 디스플레이 부재에 전달하는 것 중 적어도 하나; 및

상기 디스플레이 부재 및 상기 프로세서 모듈에 통신가능하게 연결된 통신 인터페이스 모듈을 추가로 포함하며,

상기 구동 회로는 적어도 상기 검출 모듈, 상기 프로세서 모듈, 상기 디스플레이 부재, 및 상기 통신 인터페이스 모듈에 전력을 공급하는, 제8 실시예에 따른 전자 디바이스를 제공한다.

제11 실시예에서, 본 발명은, 상기 구동 회로는 상기 적분 커패시턴스 센서 요소를 가열하도록 구성된 가열 요소와 전기적으로 통신하는, 제10 실시예에 따른 전자 디바이스를 제공한다.

제12 실시예에서, 본 발명은, 상기 전자 디바이스는 상기 구동 회로와 전기적으로 통신하는 적분 커패시턴스 센서 요소를 추가로 포함하고, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 기준 커패시턴스 센서 요소와 동일한 구성을 갖는, 제10 실시예 또는 제11 실시예에 따른 전자 디바이스를 제공한다.

제13 실시예에서, 본 발명은 교정된 전자 센서를 제조하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

제11 실시예 또는 제12 실시예에 따른 전자 디바이스를 제공하는 단계;

상기 적분 커패시턴스 센서 요소에 대한 상기 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하는 단계;

하기 단계를 포함하는 방법에 의해 R_conv를 획득하는 단계:

상기 적분 센서 요소를 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출시키는 단계로서, 상기 적분 센서 요소는 2개의 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 미공성 재료의 층을 포함하고, 상기 제2 분석물의 적어도 일부는 상기 미공성 재료의 기공 내에 흡착되는, 상기 노출 단계,

상기 적분 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 센서 요소의 제1 커패시턴스(C_{int meas1})를 측정하는 단계,

상기 적분 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제2 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 센서 요소의 제2 커패시턴스(C_{int meas2})를 측정하는 단계,

차이(ΔC_{int meas})를 획득하는 단계로서,

ΔC_{int meas} = |C_{int meas1} - C_{int meas2}|인, 상기 차이(ΔC_{int meas}) 획득 단계,

상기 제2 분석물의 상기 제1 증기 농도에서의 기준 센서 요소의 제1 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref1})와 상기 분석물의 상기 제2 증기 농도에서의 상기 기준 센서 요소의 제2 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref2}) 사이의 차이(ΔC_{n2 ref})를 획득하는 단계로서,

ΔC_{n2 ref} = | C_{n2 ref1} - C_{n2 ref2}|인, 상기 차이(ΔC_{n2 ref}) 획득 단계, 및

ΔC_{int meas} / ΔC_{n2 ref}로서 R_conv를 계산하는 단계; 및

R_conv 및 C_{int base}를 상기 전자 디바이스 상에 저장하여 상기 교정된 전자 센서를 제공하는 단계를 포함한다.

제14 실시예에서, 본 발명은 제13 실시예의 교정된 전자 센서를 제조하는 방법에 따라 제조된 교정된 전자 센서를 제공한다.

제15 실시예에서, 본 발명은 교정된 전자 센서를 사용하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

제14 실시예에 따른 교정된 전자 센서를 제공하는 단계;

표준 온도에서 특정 분석물 증기의 미지의 농도에 노출되는 동안 적분 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_unk)를 측정하는 단계;

상대적 커패시턴스 C_{unk rel} = (C_unk - C_{int base})/R_conv를 획득하는 단계;

C_{unk rel}를 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 상기 분석물 증기의 참 농도를 획득하는 단계; 및

상기 분석물 증기의 상기 참 농도를 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 기록하는 단계, 또는

상기 분석물 증기의 상기 참 농도를 상기 디스플레이 부재에 전달하는 단계 중 적어도 하나의 단계;를 포함한다.

제16 실시예에서, 본 발명은 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

a) 표준 온도에서 제1 분석물 증기의 기지의 농도(Y)에 노출되는 동안 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n1)를 측정하는 단계로서, 상기 기준 커패시턴스 센서 요소는 제1 전도성 전극과 제2 전도성 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 유전체 미공성 재료의 층을 포함하고, 상기 분석물 증기의 적어도 일부는 상기 유전체 미공성 재료의 기공 내에 흡수되는, 상기 커패시턴스(C_n1) 측정 단계;

b) 상기 표준 온도에서 상기 제1 분석물 증기의 부재 시에 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 기본 커패시턴스(C_{ref base})를 측정하는 단계;

c) 상대적 기준 커패시턴스(C_{n1 ref})를 결정하는 단계로서,

C_{n1 ref} = (C_n1 - C_{ref base})/ C_{ref base}인, 상기 상대적 기준 커패시턴스(C_{n1 ref}) 결정 단계;

d) 상기 제1 분석물 증기의 2개 이상의 추가의 상이한 농도에서 단계 a) 및 단계 c)를 반복하는 단계;

e) C_{n1 ref}와 상기 제1 분석물 증기의 상기 농도 사이의 제1 기준 상관성을 결정하는 단계; 및

f) 상기 제1 기준 상관성을 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록하는 단계를 포함한다.

제17 실시예에서, 본 발명은, 상기 컴퓨터 판독가능 매체는 비-일시적 반도체 메모리 디바이스를 포함하는, 제16 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제18 실시예에서, 본 발명은, 상기 상관성은 수학적인, 제16 실시예 또는 제17 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제19 실시예에서, 본 발명은, 상기 제1 분석물 증기는 수증기인, 제16 실시예 내지 제18 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제20 실시예에서, 본 발명은, 상기 표준 온도는 40℃ 내지 80℃의 범위 내인, 제16 실시예 내지 제19 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제21 실시예에서, 본 발명은,

g) 제2 분석물 증기의 기지의 농도에 노출되는 동안 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n2)를 측정하는 단계;

h) C_{n2 ref}를 결정하는 단계로서, C_{n2 ref} = (C_n2 - C_{ref base})/C_{ref base}인, 상기 C_{n2 ref} 결정 단계;

i) 상기 제2 분석물 증기의 2개 이상의 추가의 상이한 농도에서 단계 g) 및 단계 h)를 반복하는 단계;

j) 제2 기준 상관성을 결정하는 단계로서, 상기 제2 기준 상관성은 C_{n2 ref}와 상기 제2 분석물 증기의 상기 농도 사이의 수학적 또는 도식적 상관성을 포함하는, 상기 제2 기준 상관성 결정 단계; 및

k) 상기 제2 기준 상관성을 상기 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록하는 단계를 추가로 포함하는, 제16 실시예 내지 제20 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제22 실시예에서, 본 발명은 정보가 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 전자 디바이스를 제공하며, 상기 정보는 제16 실시예 내지 제21 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법에 따라 마련된 기준 라이브러리를 포함한다.

제23 실시예에서, 본 발명은,

적어도 적분 커패시턴스 센서 요소에 전력을 공급하도록 구성된 구동 회로로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 상기 기준 커패시턴스 센서 요소와 실질적으로 동일한 구성을 갖는, 상기 구동 회로;

상기 구동 회로와 전기적으로 통신하는 검출 모듈로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소로부터 전기 신호를 수신하도록 구성되는, 상기 검출 모듈;

상기 검출 모듈 및 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 통신가능하게 연결된 프로세서 모듈로서,

대응하는 기준 상관성이 상기 교정 라이브러리 내에 존재하는 특정 분석물 증기의 미지의 농도에 노출되는 동안 상기 적분 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_unk)를 획득하고,

상기 적분 커패시턴스 센서 요소에 대한 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하고,

상대적 커패시턴스 (C_{unk rel}) = (C_unk - C_{int base})/ C_{int base}를 획득하고,

C_{unk rel}를 상기 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 상기 분석물 증기의 참 농도를 획득하고,

상기 참 농도를 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 기록하는 것, 또는

상기 참 농도를 디스플레이 부재에 전달하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 구성되는, 상기 프로세서 모듈; 및

상기 디스플레이 부재 및 상기 프로세서 모듈에 통신가능하게 연결된 통신 인터페이스 모듈을 추가로 포함하며,

상기 구동 회로는 적어도 상기 검출 모듈, 상기 프로세서 모듈, 상기 디스플레이 부재, 및 상기 통신 인터페이스 모듈에 전력을 공급하는, 제21 실시예에 따른 기준 라이브러리를 생성하는 방법을 제공한다.

제24 실시예에서, 본 발명은, 상기 구동 회로는 상기 적분 커패시턴스 센서 요소를 가열하도록 구성된 가열 요소와 전기적으로 통신하는, 제23 실시예에 따른 전자 디바이스를 제공한다.

제25 실시예에서, 본 발명은, 상기 전자 디바이스는 상기 구동 회로와 전기적으로 통신하는 적분 커패시턴스 센서 요소를 추가로 포함하고, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 기준 커패시턴스 센서 요소와 동일한 구성을 갖는, 제23 실시예 또는 제24 실시예에 따른 전자 디바이스를 제공한다.

제26 실시예에서, 본 발명은 교정된 전자 센서를 제조하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

제24 실시예 또는 제25 실시예에 따른 전자 디바이스를 제공하는 단계;

적분 센서 요소를 제1 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출시키는 단계로서, 상기 적분 센서 요소는 2개의 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 미공성 재료의 층을 포함하고, 제2 분석물의 적어도 일부는 상기 미공성 재료의 기공 내에 흡착되는, 상기 노출 단계,

상기 적분 센서 요소가 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 센서 요소의 제1 커패시턴스(C_{int meas1})를 측정하는 단계,

상기 제1 분석물의 상기 제1 증기 농도에서의 기준 센서 요소의 제1 상대적 기준 커패시턴스(C_{n1 ref1})를 획득하는 단계,

C_{int meas1}/(1+C_{n1 ref1})로서 C_{int base}를 계산하는 단계

를 포함하는 방법에 의해, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소에 대한 상기 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하는 단계; 및

C_{int base}를 상기 전자 디바이스 상에 저장하여 상기 교정된 전자 센서를 제공하는 단계를 포함한다.

제27 실시예에서, 본 발명은 제26 실시예의 교정된 전자 센서를 제조하는 방법에 따라 제조된 교정된 전자 센서를 제공한다.

제28 실시예에서, 본 발명은 교정된 전자 센서를 사용하는 방법을 제공하며, 본 방법은:

제27 실시예에 따른 교정된 전자 센서를 제공하는 단계;

표준 온도에서 특정 분석물 증기의 미지의 농도에 노출되는 동안 적분 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_unk)를 측정하는 단계;

상대적 커패시턴스 (C_{unk rel}) = (C_unk - C_{int base})/ C_{int base}를 획득하는 단계;

C_{unk rel}를 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 상기 분석물 증기의 참 농도를 획득하는 단계; 및

상기 분석물 증기의 상기 참 농도를 컴퓨터 판독가능 매체에 기록하는 단계, 또는

상기 분석물 증기의 상기 참 농도를 디스플레이 부재에 전달하는 단계

중 적어도 하나의 단계;를 포함한다.

본 발명의 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 이루어질 수 있으며, 본 발명이 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예로 부당하게 제한되지 않아야 함을 이해하여야 한다.

Claims (28)

1. 기준 라이브러리(reference library)를 생성하는 방법으로서,
   a) 표준 온도에서 제1 분석물(analyte) 증기의 기지(known)의 농도(Y)에 노출되는 동안 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_ref)를 측정하는 단계로서, 상기 기준 커패시턴스 센서 요소는 제1 전도성 전극과 제2 전도성 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 유전체 미공성(microporous) 재료의 층을 포함하고, 상기 제1 분석물 증기의 적어도 일부는 상기 유전체 미공성 재료의 기공 내에 흡수되는, 상기 커패시턴스(C_ref) 측정 단계;
   b) 상기 표준 온도에서 상기 제1 분석물 증기의 부재 시에 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 기본 커패시턴스(C_{ref base})를 측정하는 단계;
   c) 참 기준 커패시턴스(C_{ref true})를 결정하는 단계로서,
   C_{ref true}= C_ref - C_{ref base}인, 상기 참 기준 커패시턴스(C_{ref true}) 결정 단계;
   d) 제2 분석물 증기의 기지의 농도에 노출되는 동안 상기 기준 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_n2)를 측정하는 단계;
   e) 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref})를 결정하는 단계로서,
   C_{n2 ref} = (C_n2 - C_{ref base})/C_{ref true}인, 상기 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref}) 결정 단계;
   f) 상기 제2 분석물 증기의 2개 이상의 추가의 상이한 농도에서 단계 d) 및 단계 e)를 반복하는 단계;
   g) C_{n2 ref}와 상기 제2 분석물 증기의 상기 농도 사이의 제1 기준 상관성을 결정하는 단계; 및
   h) 상기 제1 기준 상관성을 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록하는 단계를 포함하고,
   상기 제1 분석물 증기와 상기 제2 분석물 증기는 서로 상이한, 기준 라이브러리를 생성하는 방법.
2. 삭제
3. 전자 디바이스로서,
   정보가 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 전자 디바이스로서, 상기 정보는 제1항의 기준 라이브러리를 생성하는 방법에 따라 마련될 수 있는 기준 라이브러리를 포함하는 정보가 저장된 컴퓨터 판독가능 매체;
   적어도 적분 커패시턴스 센서 요소에 전력을 공급하도록 구성된 구동 회로(operating circuit)로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 상기 기준 커패시턴스 센서 요소와 실질적으로 동일한 구성을 갖는, 상기 구동 회로;
   상기 구동 회로와 전기적으로 통신하는 검출 모듈로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소로부터 전기 신호를 수신하도록 구성되는, 상기 검출 모듈;
   상기 검출 모듈 및 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 통신가능하게 연결되며, 하기 작업을 행하도록 구성된 프로세서 모듈:
   대응하는 기준 상관성이 상기 기준 라이브러리 내에 존재하는 특정 분석물 증기의 미지(unknown)의 농도에 노출되는 동안 상기 적분 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_unk)를 획득하고,
   상기 적분 커패시턴스 센서 요소에 대한 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하고,
   상대적 커패시턴스 C_{unk rel} = (C_unk - C_{int base})/R_conv를 획득하고, 여기서 R_conv는 하기 단계에 의해 획득가능하며:
   상기 적분 커패시턴스 센서 요소를 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출시키는 단계로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 2개의 전극 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 미공성 재료의 층을 포함하고, 상기 제2 분석물의 적어도 일부는 상기 미공성 재료의 기공 내에 흡착되는, 상기 노출 단계,
   상기 적분 커패시턴스 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 커패시턴스 센서 요소의 제1 커패시턴스(C_{int meas1})를 측정하는 단계,
   상기 적분 커패시턴스 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제2 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 커패시턴스 센서 요소의 제2 커패시턴스(C_{int meas2})를 측정하는 단계,
   차이(ΔC_{int meas})를 획득하는 단계로서,
   ΔC_{int meas} = |C_{int meas1} - C_{int meas2}|인, 상기 차이(ΔC_{int meas}) 획득 단계,
   상기 제2 분석물의 상기 제1 증기 농도에서의 기준 센서 요소의 제1 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref1})와 상기 분석물의 상기 제2 증기 농도에서의 상기 기준 센서 요소의 제2 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref2}) 사이의 차이(ΔC_{n2 ref})를 획득하는 단계로서,
   ΔC_{n2 ref} = | C_{n2 ref1} - C_{n2 ref2}|인, 상기 차이(ΔC_{n2 ref}) 획득 단계, 및
   ΔC_{int meas} / ΔC_{n2 ref}로서 R_conv를 계산하는 단계;
   C_{unk rel}를 상기 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 상기 분석물 증기의 참 농도를 획득하고; 및
   상기 참 농도를 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 기록하는 것, 또는
   상기 참 농도를 디스플레이 부재에 전달하는 것 중 적어도 하나; 및
   상기 디스플레이 부재 및 상기 프로세서 모듈에 통신가능하게 연결된 통신 인터페이스 모듈을 포함하며,
   상기 구동 회로는 적어도 상기 검출 모듈, 상기 프로세서 모듈, 상기 디스플레이 부재, 및 상기 통신 인터페이스 모듈에 전력을 공급하는, 전자 디바이스.
4. 교정된(calibrated) 전자 센서를 제조하는 방법으로서,
   제3항에 따른 전자 디바이스를 제공하는 단계;
   상기 적분 커패시턴스 센서 요소에 대한 상기 기본 커패시턴스(C_{int base})를 획득하는 단계;
   하기 단계를 포함하는 방법에 의해 R_conv 를 획득하는 단계:
   상기 적분 커패시턴스 센서 요소를 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출시키는 단계로서, 상기 적분 커패시턴스 센서 요소는 2개의 전극들 사이에 배치되어 이들과 접촉하는 미공성 재료의 층을 포함하고, 상기 제2 분석물의 적어도 일부는 상기 미공성 재료의 기공 내에 흡착되는, 상기 노출 단계,
   상기 적분 커패시턴스 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제1 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 커패시턴스 센서 요소의 제1 커패시턴스(C_{int meas1})를 측정하는 단계,
   상기 적분 커패시턴스 센서 요소가 상기 제2 분석물의 기지의 제2 증기 농도에 노출되는 동안 상기 적분 커패시턴스 센서 요소의 제2 커패시턴스(C_{int meas2})를 측정하는 단계,
   차이(ΔC_{int meas})를 획득하는 단계로서,
   ΔC_{int meas} = |C_{int meas1} - C_{int meas2}|인, 상기 차이(ΔC_{int meas}) 획득 단계,
   상기 제2 분석물의 상기 제1 증기 농도에서의 기준 센서 요소의 제1 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref1})와 상기 제2 분석물의 상기 제2 증기 농도에서의 상기 기준 센서 요소의 제2 상대적 기준 커패시턴스(C_{n2 ref2}) 사이의 차이(ΔC_{n2 ref})를 획득하는 단계로서,
   ΔC_{n2 ref} = | C_{n2 ref1} - C_{n2 ref2}|인, 상기 차이(ΔC_{n2 ref}) 획득 단계, 및
   ΔC_{int meas} / ΔC_{n2 ref}로서 R_conv를 계산하는 단계; 및
   R_conv 및 C_{int base}를 상기 전자 디바이스 상에 저장하여 상기 교정된 전자 센서를 제공하는 단계를 포함하는, 교정된 전자 센서를 제조하는 방법.
5. 교정된 전자 센서를 사용하는 방법으로서,
   제4항의 방법에 따라 제조된 교정된 전자 센서를 제공하는 단계;
   표준 온도에서 특정 분석물 증기의 미지의 농도에 노출되는 동안 적분 커패시턴스 센서 요소의 커패시턴스(C_unk)를 측정하는 단계;
   상대적 커패시턴스 C_{unk rel} = (C_unk - C_{int base})/R_conv를 획득하는 단계;
   C_{unk rel}를 기준 라이브러리 내의 대응하는 기준 상관성과 비교하여 상기 분석물 증기의 참 농도를 획득하는 단계; 및
   상기 분석물 증기의 상기 참 농도를 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 기록하는 단계, 또는
   상기 분석물 증기의 상기 참 농도를 상기 디스플레이 부재에 전달하는 단계 중 적어도 하나의 단계;를 포함하는, 교정된 전자 센서를 사용하는 방법.
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