PL215342B1 - Czujnik warstwowy do wykrywania gazów toksycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik warstwowy do wykrywania gazów toksycznych.

Znane czujniki warstwowe mają na podłożu dielektrycznym naniesione elektrody przewodzące, na których osadzona jest warstwa aktywna, przy czym elektrody przewodzące są oddzielone od siebie warstwą izolacyjną. Znane są czujniki analityczne, w których warstwę aktywną stanowią gazoczułe związki heteroaromatyczne, zawierające układ wiązań sprzężonych. W ostatnich latach wprowadza się również warstwy Langmuira-Blodgett do konstrukcji szczególnie selektywnych czujników gazowych i chemicznych.

Z japońskiego patentu nr JP 9196853 znany jest detektor mierzący stężenie gazów toksycznych o wysokiej czułości. W urządzeniu tym chemoczuły element stanowi dwuwarstwa zbudowana z pochodnych merocyjaniny, takich jak spiropyran. Ze względu na swoje luminescencyjne właściwości związek stanowi atrakcyjny materiał stosowany w budowie czujników.

Filmy polianilinowe, popularne materiały elektroprzewodzące, znalazły zastosowanie w wytwarzaniu chemicznych czujników optycznych do wykrywania toksycznych związków. Elektrochemiczny, czuły i selektywny detektor znany z rosyjskiego opisu patentowego nr RU 2169359, jest szczególnie atrakcyjny jako materiał sensorowy ze względu na zmianę barwy w wyniku kontaktu nawet z niewielką ilością analizowanego gazu.

Czujnik znany z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP 0911632 jest zbudowany na bazie polimerów przewodzących. Chemoczułym elementem tego urządzenia sensorowego jest membrana wytworzona z filmu fluoropolimerowego. Detektor służy głównie do wykrywania obecności tlenku węgla, a także innych gazów toksycznych.

Z mołdawiańskiego opisu patentowego MD 20000160 znany jest czuły gazowy detektor wykrywający ditlenek azotu nawet w małych stężeniach. Zbudowany on jest z cienkiego tellurowego filmu osadzonego na bezpostaciowej, półprzewodzącej warstwie pierwiastków rudotwórczych.

Popularne są również czujniki zbudowane na bazie półprzewodzących tlenków metali, np. ditlenek krzemu, opisany w rosyjskim opisie patentowym nr RU 2206082. Detektory te są znane ze względu na swoją wysoką czułość i funkcjonalność w oznaczaniu obecności gazów toksycznych np. tlenku węgla.

Innego rodzaju detektorem jest gazowy czujnik warstwowy, w którym film przewodzący został wytworzony z użyciem techniki Langmuira-Blodgett, technika ta zapewnia prawidłową organizację filmu oraz selektywność istotną przy pomiarach stężeń specyficznych substancji. Z japońskiego patentu nr JP 63222186 znany jest czujnik temperaturowy, zbudowany z wykorzystaniem warstwy Langmuira-Blodgett, w którym warstwa przewodząca zbudowana jest z akryloamidów, specyficznych analogów fosfolipidów.

Czujnik warstwowy według wynalazku ma warstwę aktywną w postaci filmu Langmuira-Blodgett, zbudowanego z kompleksu pochodnej bis(tiofeno)fluorenu i tetracyjanochinodimetanu (TCNQ), którą stanowi 9,9-didodecylo-2,7-bis(tiofeno)fluoren-TCNQ, o wzorze przedstawionym na rysunku. W czujniku stabilna i trwała monomolekularna warstwa Langmuira-Blodgett, otrzymana z kompleksu 9,9-didodecylo-2,7-bis(tiofeno)fluoren-TCNQ naniesiona jest na pokryte ditlenkiem krzemu podłoże krzemowe wyposażone w fotolitograficznie naniesiony układ, ośmiu złotych zagrzebanych elektrod, których szerokość jest równa odległości pomiędzy nimi.

Czujnik przeznaczony jest do wykrywania toksycznego amoniaku i ditlenku azotu. Czujnik według wynalazku nadaje się do stosowania dla różnych stężeń i charakteryzuje się dużą czułością, która dla NO2 wynosi 1.5 ppm. Warstwa Langmuira-Blodgetta według wynalazku i powtarzalność otrzymanych wyników oraz różne odpowiedzi czujnika na różne stężenia gazów, kwalifikują ten materiał do wykorzystanie w budowie czujników o zwiększonym spektrum oznaczanych gazów toksycznych.

Przedmiot wynalazku jest wyjaśniony w przykładzie realizacji i na rysunkach, na których znajduje się wzór chemiczny kompleksu, a fig. 1 przedstawia schemat czujnika warstwowego do wykrywania gazów toksycznych, zaś fig. 2 i fig. 3 - wykresy zależności przewodnictwa warstwy aktywnej od stężenia amoniaku i ditlenku azotu obecnego w środowisku otaczającym próbkę.

P r z y k ł a d

Czujnik warstwowy zawiera osiem elektrod złotych o szerokości 0.1 mm w rozstępie 0.1 mm, osadzonych na podłożu krzemowym, zagrzebanych w pokrywającej podłoże warstwie ditlenku krzemu. Elektrody pokryte są stabilnym i trwałym pięciowarstwowym filmem Langmuira-Blodgett wytworzonym z kompleksu pochodnej bis(tiofeno)fluoranu i tetracyjanochinodimetanu (TCNQ), którą stanowi

PL 215 342 B1

9,9-didodecylo-2,7-bis(tiofeno)fluoren-TCNQ, o wzorze przedstawionym na rysunku, a różnica potencjału między nimi wynosi 0.5 V.

W trakcie prowadzonych badań natężenie prądu płynącego przez tak zbudowany czujnik wyno-12 -12 si od 4 * 10^-12 A do 8 * 10^-12 A w temperaturze pokojowej. Wyniki testu czujnika na działanie gazów toksycznych, przedstawione na wykresie - fig. 2 dla NH3 i fig. 3 dla NO2, wykazały tendencję do wysycenia w górnym zakresie stosowanych stężeń gazów. Przewodnictwo filmu Langmuira-Blodgett powracało prawie do wartości początkowej po około 15-20 minutowym kontakcie z neutralną atmosferą, co bezpośrednio wskazuje na dobre zdolności regeneracyjne warstwy Langmuira-Blodgett wytworzonej z kompleksu 9,9-didodecylo-2,7-bis(tiofeno)fluoren-TCNQ.

Claims (3)

1. Czujnik warstwowy do wykrywania gazów toksycznych, który ma warstwę aktywną na pokrytym ditlenkiem krzemu podłożu krzemowym, znamienny tym, że warstwa aktywna w postaci filmu Langmuira-Blodgett utworzona jest z kompleksu pochodnej bis(tiofeno)fluorenu i tetracyjanochinodimetanu (TCNQ), którą stanowi 9,9-didodecylo-2,7-bis(tiofeno)fluoren-TCNQ, o wzorze przedstawionym na rysunku.

2. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa aktywna, otrzymana z kompleksu 9,9-didodecylo-2,7-bis(tiofeno)fluoren-TCNQ naniesiona jest na pokryte ditlenkiem krzemu podłoże krzemowe wyposażone w fotolitograficznie naniesiony układ ośmiu złotych zagrzebanych elektrod.

3. Czujnik według zastrz. 2, znamienny tym, że szerokość złotych elektrod jest równa odległości pomiędzy nimi.