TWI414789B - 含氮氣體檢測裝置及其製作方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種氣體檢測裝置及其製作方法，特別是一種含氮氣體檢測裝置及其製作方法。
大多數的有害氣體係排放自工廠或汽機車，並且普遍存在於環境中各個角落，長時間的累積往往會對環境及生物體造成威脅。因此，有效率的氣體檢測裝置儼然成為現今預防有害氣體之必要配備。
氣體檢測裝置係用以檢測環境或製程中特定氣體的存在及含量，而現今氣體檢測裝置類型主要分為電化學式(electrochemical)、固態電解式(solid electrolysis)、電子式(electronic)等。
1.電化學式之氣體檢測裝置：
該電化學式之氣體檢測裝置係將待測氣體溶解於電化學槽之液態電解質中，以產生氧化還原反應並且造成電流或電壓之變化，藉此偵測氣體之存在與含量。電化學式之氣體檢測裝置雖可於室溫下進行感測，但大多使用液態電解質，故不易於一般環境中保存而導致使用壽命縮短。
2.固態電解式之氣體檢測裝置：
該固態電解式之氣體檢測裝置係以固體離子導體作為電解質，並搭配陰、陽極材料所構成。該固態電解式之氣體檢測裝置係利用濃淡電池之原理進行檢測，也就是藉由二端電極之氣體濃度的不同而形成有一電位差，利用該電位差並搭配已知方程式進而計算出所存在之氣體濃度。利用該固態離子導體取代液態電解質，藉以改善液態電解質所產生的不穩定性，並減少因其能量過高而造成之噴濺情形的發生。
3.電子式之氣體檢測裝置：
該電子式之氣體檢測裝置係為針對有害氣體之檢測較為方便且常見之方法，其主要係利用感測材料層對氣體進行吸附，以進一步得知該氣體檢測裝置周圍之氣體濃度變化。而現今較為常見的感測材料大多係使用金屬氧化物半導體材料(例如：氧化鋁或氧化鋯等)或金屬酞花青系列聚合材料(例如：銅酞花青等)或壓電材料(例如：石英等)，並藉由以下兩種不同之原理來得知氣體濃度，第一種原理是利用氣體吸附於感測材料層上，導致同一平面之感測材料層二端的導電率產生變化，藉由導電率之變化進而換算欲測氣體之濃度。另一感測原理是在具有壓電性質之基板上，藉由氣體的吸附而造成質量的變化，直接量測質量變化對表面聲波的影響，以換算出欲測氣體之濃度。
上述2及3項所提及之習知氣體檢測裝置之各式方法，通常於室溫環境下靈敏度均不高，皆需於感測元件上外加電熱板，以令溫度升高至一定範圍(約200℃以上)方能使用。尤其係以金屬氧化物半導體作為感測材料，其於製備時，必須於高溫(約高於550℃)鑄造成形後，再經由氧化過程才具備有感測氣體之性質，並且其感測溫度最低亦必須高達150℃以上。然而，若以金屬酞花青系列作為感測材料，其製備溫度雖然較低，但其感測溫度仍然需高達165℃左右。如此，不僅對使用者來說極為不便，更因高溫的製程與感測而需耗費大量的能量，進而導致成本之增加。
為了改善上述之缺點，如中華民國公告第I295038號「一氧化氮感測裝置/NITRIC OXIDE GAS SENSOR」專利案所揭示，其係為一種一氧化氮感測裝置，包含有一壓電基板、一高分子感測層、一對換能器及一對表面聲波反射器。該壓電基板係形成有一偵測表面，該高分子感測層係形成於該壓電基板之偵測表面，且該高分子感測層表面係塗佈有胺官能基。該一對換能器係位於該壓電基板之偵測表面，且分別形成於該高分子感測層之二側，而該一對表面聲波反射器係形成於該壓電基板之偵測表面，並且分別緊鄰於該換能器，使該換能器位於該表面聲波反射器與高分子感測層之間。
該習知「一氧化氮感測裝置」進行檢測時，先於該換能器之輸入端輸入一電壓差，藉由逆壓電效應而產生應變，以將電能瞬間轉變為聲波能，使得該壓電基板上產生表面聲波，該表面聲波於該高分子感測層下進行傳遞。由於室溫下胺官能基會與一氧化氮產生交互作用，使得一氧化氮吸附於該高分子感測層之表面，增加該高分子感測層之質量負荷，如此，其係造成該高分子感測層下方傳遞之表面聲波產生頻率變化，再將該變化之頻率轉變為電能後，傳送至頻率計數器，藉此利用該表面聲波頻率之變化量，以換算取得欲檢測之一氧化氮含量。
雖然上述習知「一氧化氮感測裝置」改善了現今氣體檢測裝置均具有高感測溫度之缺點，但由於該習知「一氧化氮感測裝置」係以單一具胺官能基之材料作為高分子感測基材，因而具有下述之缺點：由於該單一高分子材料感測層所能承受的機械強度較為薄弱，較容易造成該單一高分子材料感測層之形變及剝落；該單一高分子材料感測層亦容易因環境中溫度或溼度等氣候條件的變化，以導致該單一高分子材料感測層之性質改變，故該單一高分子材料感測層之耐候性極為不佳；另外，由於該單一高分子材料感測層通常係形成為多孔性結構，位於孔洞內之氣體僅靠近孔壁處之氣體可被吸附，但孔洞內其他部分之氣體並無法快速被該單一高分子材料吸附，因而容易產生與欲測氣體之間吸附效果不佳的現象，以致於降低檢測之靈敏度，使得必須長時間的暴露於欲測氣體下才能得到預期的結果，甚至往往造成檢測結果與事實之間的落差。有鑑於上述種種原因，該習知氣體檢測裝置及其製作方法確實仍有加以改善之必要。
本發明係提供一種含氮氣體檢測裝置，使其可於室溫下進行檢測，並且能夠在短時間內測得微量之含氮氣體濃度，以提升檢測之效率與方便性，為本發明之主要目的。
本發明之次一目的係提供一種含氮氣體檢測裝置，利用複合材料所構成之感測層，進一步增強該含氮氣體檢測裝置之機械性強度以及耐候性。
本發明之再一目的係提供一種含氮氣體檢測裝置，經由增加欲測氣體與感測層之間的接觸面積，以提高含氮氣
體檢測裝置之檢測靈敏度。
本發明之又一目的係提供一種含氮氣體檢測裝置之製作方法，以製作出前述之含氮氣體檢測裝置。
為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段及藉由該技術手段所能達到之功效包含有：一種含氮氣體檢測裝置係包含：一壓電基板係具有一偵測表面；二轉能器表面均係覆蓋有一層聚烯亞胺，該二轉能器係形成於該壓電基板之偵測表面，且該二轉能器均係用於電能與聲波能之間的轉換，使得該壓電基板上產生表面聲波；及一感測層，設置於該壓電基板之偵測表面，且位於該二轉能器之間，該感測層係以聚苯胺與氧化鎢共同組成。一種含氮氣體檢測裝置之製作方法係包含於該壓電基板之偵測表面形成二轉能器，該二轉能器表面均係覆蓋形成一層聚烯亞胺；及將氧化鎢溶液與聚苯胺溶液進行混合，得一聚苯胺/氧化鎢混合液，將該混合液滴覆於該壓電基板之偵測表面，以形成有一聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜感測層，且該感測層係位於該二轉能器之間。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，本發明較佳實施例之含氮氣體檢測裝置1，其係包含一壓電基板11、二轉能器12、13及一感測層14，該壓電基板11係形成有一偵測表面，該二轉
能器12、13係分別形成於該壓電基板11之偵測表面，且該二轉能器12、13之間係形成有一固定間距，且該感測層14係形成於該二轉能器12、13之間的固定間距。
該壓電基板11形成有該偵測表面，且該壓電基板11係可以選擇於室溫下具有高溫穩定性之材料作為該壓電基板11之基材，例如：石英(quartz)、鉭酸鋰(LiTaO3)、鈮酸鋰(LiNbO3)或氧化鋅(ZnO)等材料所構成之基板。於本發明中，該壓電基板11係選擇為石英基板為較佳。
該二轉能器12、13係分別形成於該壓電基板11之偵測表面，且該二轉能器12、13之間係形成有該固定間距，以供該感測層14設置於該固定間距。該二轉能器12、13係可以選擇以高導電度之材質製成，例如以金(Au)、鋁(Al)、銅(Cu)或鉑(Pt)等材質製成。於本發明中，該二轉能器12、13係分別為一指叉電極組(inter-digital transducers)，且該指叉電極係選擇以鋁作為導電電極為較佳。該二轉能器12、13係分別為一輸入端轉能器12及一輸出端轉能器13，於該輸入、輸出端轉能器12、13中所包含之數個電極係互相交錯排列。藉由該二轉能器12、13之設置，讓電能與聲波能之間能互相進行轉換，使得該壓電基板11產生表面聲波，進而使表面聲波能夠於該壓電基板11中進行傳遞。又，該二轉能器12、13之表面覆蓋有一層聚烯亞胺(polyimdie)為較佳，藉以保護電極不會受到損壞。另外，該二轉能器12、13相對於該壓電基板11形成有一厚度，該厚度係可根據含氮氣體檢測裝置所需之電壓進行調整，例如，本實施例之轉能器12、13的厚度係
選擇為300 nm，但在實際使用上並不以此為限。
該感測層14係形成於該二轉能器12、13之間的固定間距，且該感測層14係以簡單逐滴滴覆(dropwise)的方式成形於該壓電基板11之表面。該感測層14係可以選擇為金屬敏感材料、金屬半導體材料、導電高分子材料或其複合材料所構成，於本發明中，該感測層14係以複合材料所構成之薄膜，且該複合材料係由導電高分子及金屬氧化物所共同組成，該導電高分子係可以選擇成膜效果較佳之導電高分子材料，例如：聚苯胺(polyaniline)、聚砒咯(polypyrrole)或聚塞吩(polythiophene)，使得該導電高分子成模後對於該壓電基板11具有較佳之接著性，以增加含氮氣體與該感測層14之接觸面積。該金屬氧化物係可以選擇為n型半導體材料，例如：氧化鎢(WO3
)、氧化錫(SnO2
)或氧化鈦(TiO2
)，使得該感測層14之表面係帶有負電荷，以增加該感測層14對含氮氣體之吸附能力。
於本發明中，該複合材料係選擇由聚苯胺與氧化鎢所構成為較佳，於該感測層中，聚苯胺所佔體積係為氧化鎢所佔體積的0.5~3倍，於本實施例中，聚苯胺所佔體積係為氧化鎢所佔體積的2.5倍為較佳。若聚苯胺所佔比例高於氧化鎢所佔體積的3倍，導致氧化鎢所佔比例偏低，而無法充分填充於所有聚苯胺所形成之網絡孔洞中，因此該感測層14表面之負電荷相對減少，使得含氮氣體較不易吸附於該感測層14，進而影響該感測層14之檢測靈敏度；若聚苯胺所佔比例低於氧化鎢所佔體積的0.5倍，導致氧化鎢所佔之比例偏高，因此，可能會使氧化鎢顆粒產生聚
集效應，使得該複合材料變的不均勻。
又，聚苯胺與氧化鎢同屬半導體材料，二者係為同質性材料，故二者間的相容性及匹配性較佳，且聚苯胺係為奈米結構的多孔性材料，藉由聚苯胺之多孔材料特性，使得位於孔洞內之氣體於該孔洞之側壁具有良好的接觸面積，並且使得氧化鎢可以均勻的填充於聚苯胺所形成之網絡孔洞中，以形成聚苯胺與氧化鎢所複合之均勻薄膜，如此，聚苯胺/氧化鎢所構成之奈米複合薄膜除了原有聚苯胺所構成的網絡孔洞可與氣體接觸產生吸附外，其他於該孔洞中未被吸附之氣體，可藉由氧化鎢的填充更增加了與氣體的接觸面積而達到較佳的吸附效果。
本發明含氮氣體檢測裝置之製作方法，其係包含：一轉能器製作步驟S1及感測層製作步驟S2。
該轉能器製作步驟S1係於一壓電基板11之偵測表面形成有二轉能器12、13。更詳言之，該二轉能器12、13係可選擇以印刷燒結、沈積或濺鍍等各種方式形成於該壓電基板11之偵測表面。
該感測層製作步驟S2，係將氧化鎢溶液與聚苯胺溶液進行混合，得一聚苯胺/氧化鎢混合液，將該混合液滴覆於該壓電基板11之偵測表面，待其沉積乾燥以形成一聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜感測層14，且該感測層14係位於該二轉能器12、13之間。
且於本實施例中，該聚苯胺/氧化鎢複合薄膜感測層之製程係包含有一氧化鎢膠化步驟S21及一聚苯胺氧化聚合步驟S22。
該氧化鎢膠化步驟S2係為六氯化鎢(tungsten hexachloride,WCl6
)經氧化作用後，去除氯離子以沉澱取得膠狀之氧化鎢。更詳言之，本實施例係以六氯化鎢與異丙醇(i-propanol,CH3
CH2
CH2
OH)進行混合，且置於冰水浴中進行交互作用，接著加入氫氧化胺(ammonium hydroxide,NH4
OH)進行水解作用，待水解作用結束後利用去離子水(de-ionized water)洗去氯離子，再經由沉澱回流而取得膠狀之氧化鎢(請參照化學反應式1)。
WCl6
+ROH → W(OHR)x
Cl(6-x)
+HCl化學反應式1-膠狀氧化鎢合成反應
聚苯胺係以苯胺(aniline)為單體所形成之聚合物，該聚苯胺氧化聚合步驟S3係利用氧化劑將苯胺先行氧化，進而於酸性環境中進行聚合反應，該氧化劑係可以選擇為過硫酸銨((NH4)2
S2
O8
)、碘酸鉀(KIO3
)、氯化鐵(FeCl3
)或重鉻酸鉀(K2
Cr2
O7
)。又，苯胺必須於酸性環境下進行反應，因此，該酸性添加物係可以選擇為有機或無機酸。舉例而言，於本實施例中係以過硫酸銨作為氧化劑，並以鹽酸(HCl)形成有一反應的酸性環境，使得苯胺經由氧化聚合作用以生成聚苯胺(請參照化學反應式2)。
請參照第3圖所示，其係利用場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)以取得聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜之型態。
另，請參照第4圖所示，其係藉由傅立葉轉換紅外光光譜儀(FITR)以證實該感測層14係為聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜，該光譜儀之波數範圍較佳係選擇但不受限於500cm-1
~4000cm-1
，如圖所示，該氧化鎢會於波數750cm-1
處產生訊號，且氧化鎢與氫-氧鍵產生共振以於1414cm-1
處亦產生訊號，如此，證實該複合材料薄膜係為聚苯胺/氧化鎢所組成之奈米複合薄膜。
再者，本發明之含氮氣體檢測裝置還可以設有二聲波反射器15、16，該二聲波反射器係15、16係分別形成於該壓電基板之偵測表面，並且緊鄰該二轉能器12、13，使該二轉能器12、13分別位於該二聲波反射器15、16與該感測層14之間較為適當。該二聲波反射器15、16係可以分別為一格柵。藉由該二聲波反射器15、16之設置，使得於檢測過程中所產生的表面聲波不會散失，以提高檢測的精確度。又，該二聲波反射器15、16之表面覆蓋有一層聚醯亞胺(polyimdie)為較佳，藉以保護電極不會受到損壞。
請參照第2圖所示，本發明較佳實施利之含氮氣體檢測裝置，當該含氮氣體檢測裝置依上述物件配置完成後，本發明另提供一含氮氣體參考檢測裝置2，其係與該含氮氣體檢測裝置1同時連接於一頻率計數器3。該含氮氣體參考檢測裝置2係包含一參考壓電基板21、二參考轉能器22、23及二參考聲波反射器24、25。該參考壓電基板21係形成有一偵測表面，該二參考轉能器22、23係分別形成於該參考壓電基板21之偵測表面，且該二參考轉能器22、23之間係形成有一固定間距，該二參考轉能器亦分別為一
參考輸入端轉能器22及一參考輸出端轉能器23，且該二參考聲波反射器25、26係分別形成於該參考壓電基板21之偵測表面，並且緊鄰該二參考轉能器22、23，使該二參考轉能器22、23分別位於該二參考聲波反射器24、25與該固定間距之間較為適當。該含氮氣體參考檢測裝置2相較於該含氮氣體檢測裝置1，其二者差異僅於該含氮氣體參考檢測裝置2並未形成有一感測層14，如此，其所產生之表面聲波頻率係作為未吸附含氮氣體時之表面聲波參考頻率。
請參照第2圖所示，本發明較佳實施例之含氮氣體檢測裝置，當該含氮氣體檢測裝置依上述物件配置完成後，其係根據Rayleigh表面聲波共振原理(RSAW)以進行檢測，分別於該輸入端轉能器12及該參考輸入端轉能器22加入交流訊號後，二相對電極之間會產生交變電場，而其中之該壓電基板11因逆電壓效應而產生應變，將該電能瞬間轉變為聲波能，進而分別於該壓電基板11及該參考壓電基板21之表面產生表面聲波，其中該參考壓電基板21表面所產生的表面聲波頻率為f 0
，f 0
係為一參考頻率，該壓電基板11所產生之表面聲波於具有聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜之該感測層14的傳訊通道內產生震動。當含氮氣體與聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜之該感測層14產生交互作用且吸附於其上時，該整個感測層14會產生微量的質量改變，由於質量加載效應(mass loading effect)之影響，使得通過聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜之該感測層14的聲波能量改變其原先之波傳特性，進而導致該感測層14下之表
面聲波的相位速度與衰減量產生某程度的變化量，形成另一表面聲波頻率f’
，該f’
係為一感測頻率，該感測頻率f’
再經由該輸出端轉能器13將聲波能轉變為電能，傳送至頻率計數器進行換算。又，該二聲波反射器15、16係分別將通過該二換能器12、13之表面聲波反射回來，以防止表面聲波的散失。同時，該參考壓電基板21上之參考頻率f 0
係經由該參考輸出端轉能器23將聲波能轉變為電能，傳送至頻率計數器進行換算。且該二參考聲波反射器24、25亦將通過該二參考換能器22、23之表面聲波反射回來，防止表面聲波的散失，以提高檢測的準確度。根據該感測頻率f’
及參考頻率f 0
，計算出其頻率差值△f
，該頻率差值△f
係為該表面聲波頻率感測部1吸附含氮氣體後產生之頻率變化量，藉此係可得該表面聲波頻率感測部1所吸附之含氮氣體濃度。
又，當將表面聲波共振原理應用於感測技術時，會產生下述三種主要之擾動機制，其係包含質量負載(mass loading)、聲電效應(acoustoelectric effect)和彈性效應(elastic effect)，該上述之擾動機制係由表面聲波、感測層和待測氣體之間相互作用所造成，進而會對整個含氮氣體檢測裝置的傳遞波速(頻率)產生影響，因此，必須以各相關之方程式將所量測之數值進行處理係較為適當，此為熟知該技術領域者可以輕易瞭解。
於本實施例中，係以一氧化氮為主要檢測之氣體，其檢測流程係參考第5圖所示，首先係將高純度之氮氣與該欲檢測之一氧化氮氣體分別透過一質量流速控制器(mass
flow controller,MFC)同時輸入至一混合器(Mixer)，於該混合器中利用該高純度之氮氣對欲檢測之一氧化氮氣體進行稀釋，使得稀釋後之一氧化氮氣體吸附於本發明之含氮氣體檢測裝置，藉由上述所詳細說明之Rayleigh表面聲波共振原理(RSAW)進行作動，以得該欲檢測之一氧化氮濃度。該質量流速控制器之流速係可選擇但不受限於110 ml/min，且該含氮氣體檢測溫度係選擇為室溫24℃~30℃為較佳。
於本實施例中，係以一氧化氮為主要檢測之氣體，且檢測溫度較佳係選擇為28℃，又，於實驗數據中所得之頻率差值比係為頻率差值/參考頻率(△f
/f 0
)所得，請參照下述圖示以作詳細之說明。
請參照第6圖所示，將一氧化氮檢測時間固定於5分鐘，依序從0至5分鐘反覆切換開關作測試，其測得之頻率差值比相對於一氧化氮之濃度係如圖所示，於開啟狀態下對636、592及479 ppb之一氧化氮濃度所測得之響應，其頻率差值比A1、B1及C1分別為4.8、3.7及1.6 ppm，藉此顯示本發明之含氮氣體檢測裝置對於一氧化氮之典型反應，其係隨一氧化氮濃度減少而使測得之頻率變化量相對減少，而且藉此證實本發明之含氮氣體檢測裝置擁有良好之回復性。
請參照第7圖所示，將一氧化氮濃度固定於342 ppb，依序從0至342 ppb進行三次反覆切換開關之測試，其測得之頻率差值比係如圖所示，於三次開啟狀態皆對342 ppb之一氧化氮濃度所測得之響應，其A1、B1、C1之頻率差
值比相互接近。藉此證實本發明之含氮氣體檢測裝置擁有良好之使用重複性。
請參照第8圖所示，其顯示本發明之含氮氣體檢測裝置對一氧化氮的反應呈線性變化，如圖所示該線性方程式為y=0.0013x-0.2977(R2=0.7713)，其中，y代表為頻率差值比之絕對值，x代表為一氧化氮之濃度ppb，藉此得到該一氧化氮之檢測極限濃度為23 ppb。藉此證實本發明之含氮氣體檢測裝置擁有較佳的檢測靈敏度。由於本發明之含氮氣體檢測裝置使用聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜於該感測層14，其中，聚苯胺係為奈米結構的多孔性材料，使得位於孔洞內之氣體於該孔洞之側壁具有良好的接觸面積，又，氧化鎢係為n型半導體，藉由氧化鎢充分填充於該聚苯胺之網絡孔洞中，使該感測層14之表面具有大量負電荷，以確實增加該感測層14吸附一氧化氮氣體之能力，使得本發明相較於習知之檢測靈敏度相對提升。
請參照第9及10圖所示，其顯示本發明之含氮氣體檢測裝置對一氧化氮檢測之響應時間(response time)及回復時間(recovery time)，於本實施例中，該響應時間係為響應達90%時之檢測時間，而該回復時間係為響應降至10%之檢測時間。如圖所示該響應時間及回復時間均為20秒至80秒之間。藉此證實本發明之含氮氣體檢測裝置於短時間內便能達到良好的檢測效果。由於本發明之含氮氣體檢測裝置使用聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜於該感測層14，其中，聚苯胺係為奈米結構的多孔性材料，其本身以利一氧化氮氣體能於孔洞中快速擴散，同時，氧化鎢對未
附著於孔洞側壁之氣體具有加速吸附的效果，因此，使得本發明相較於習知能夠於室溫下具有較快速之檢測時間。
本發明之含氮氣體檢測裝置，能夠於室溫下進行檢測，並且在短時間內達到檢測微量含氮氣體濃度之功效，以提升檢測之效率與方便性，為本發明之主要目的。
本發明之含氮氣體檢測裝置，利用聚苯胺及氧化鎢的混合以形成聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜於該感測層之表面，藉由二種同質性材料之間所產生的交互作用，以達到增強該含氮氣體檢測裝置之機械性強度以及耐候性之功效。
本發明之含氮氣體檢測裝置之製作方法，係透過聚苯胺與氧化鎢生成混合後，以得該聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜，經由增加欲測氣體與感測層之間的接觸面積，藉以提高含氮氣體檢測裝置之檢測靈敏度。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
〔本發明〕
1‧‧‧含氮氣體檢測裝置
11‧‧‧壓電基板
12‧‧‧輸入端轉能器
13‧‧‧輸出端轉能器
14‧‧‧感測層
15‧‧‧聲波反射器
16‧‧‧聲波反射器
2‧‧‧含氮氣體參考檢測裝置
21‧‧‧參考壓電基板
22‧‧‧參考輸入端轉能器
23‧‧‧參考輸出端轉能器
24‧‧‧參考聲波反射器
25‧‧‧參考聲波反射器
3‧‧‧頻率計數器
第1圖：本發明含氮氣體檢測裝置之立體示意圖。
第2圖：本發明含氮氣體檢測裝置之作動流程上視圖。
第3圖：本發明含氮氣體檢測裝置之感測層薄膜型態圖。
第4圖：本發明含氮氣體檢測裝置之感測層薄膜組成分
析圖。
第5圖：本發明含氮氣體檢測裝置之檢測流程設計圖。
第6圖：本發明含氮氣體檢測裝置之檢測不同濃度一氧化氮的時間與檢測頻率關係圖。
第7圖：本發明含氮氣體檢測裝置之檢測相同濃度一氧化氮的時間與檢測頻率關係圖。
第8圖：本發明含氮氣體檢測裝置之一氧化氮濃度與檢測頻率關係圖。
第9圖：本發明含氮氣體檢測裝置之檢測不同濃度一氧化氮的響應時間圖。
第10圖：本發明含氮氣體檢測裝置之檢測不同濃度一氧化氮的回復時間圖。
1．．．含氮氣體檢側裝置
11．．．壓電基板
12．．．輸入端轉能器
13．．．輸出端轉能器
14．．．感測層
15．．．聲波反射器
16．．．聲波反射器
Claims (9)
- 一種含氮氣體檢測裝置，係包含：一壓電基板，係具有一偵測表面；二轉能器，表面均係覆蓋有一層聚烯亞胺，該二轉能器係形成於該壓電基板之偵測表面，且該二轉能器均係用於電能與聲波能之間的轉換，使得該壓電基板上產生表面聲波；及一感測層，設置於該壓電基板之偵測表面，且位於該二轉能器之間，該感測層係以聚苯胺與氧化鎢共同組成。
- 依申請專利範圍第1項所述之含氮氣體檢測裝置，其中該感測層中的聚苯胺係形成多孔性結構，且該氧化鎢之顆粒係填充於該多孔性材料之孔洞內。
- 依申請專利範圍第1項所述之含氮氣體檢測裝置，其中聚苯胺所佔體積係為氧化鎢所佔體積的0.5~3倍。
- 依申請專利範圍第1項所述之含氮氣體檢測裝置，其中另具有二聲波反射器，該二聲波反射器係分別形成於該壓電基板之偵測表面，並且分別緊鄰該二轉能器，使該二轉能器分別位於該二聲波反射器與該感測層之間。
- 依申請專利範圍第1項所述之含氮氣體檢測裝置，其中該二轉能器係分別為一指叉電極組。
- 一種含氮氣體檢測裝置之製作方法，包含：一轉能器製作步驟，係於一壓電基板之偵測表面形成二轉能器，該二轉能器表面均係覆蓋形成一層聚烯亞胺；及 一感測層製作步驟，係將氧化鎢溶液與聚苯胺溶液進行混合，得一聚苯胺/氧化鎢混合液，將該聚苯胺/氧化鎢混合液滴覆於該壓電基板之偵測表面，並於該壓電基板之偵測表面乾燥形成一聚苯胺/氧化鎢奈米複合薄膜感測層，該感測層係位於該二轉能器之間。
- 依申請專利範圍第6項所述之含氮氣體檢測裝置之製作方法，其中聚苯胺與氧化鎢溶液的體積比係小於等於2.5。
- 依申請專利範圍第6項所述之含氮氣體檢測裝置之製作方法，其中具有一氧化鎢膠化步驟，其係對六氯化鎢進行氧化以去除氯離子，並沉澱取得膠狀之氧化鎢溶液。
- 依申請專利範圍第6項所述之含氮氣體檢測裝置之製作方法，其中具有一聚苯胺氧化聚合步驟，其係利用氧化劑將苯胺先行氧化，進而於酸性環境中以聚合反應生成聚苯胺溶液。
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