TWI763966B - 共振氣體感測器 - Google Patents

共振氣體感測器

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布魯斯 蘭寧
成炫 林
施里尤克塔 辛格
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Abstract

一種偵測分析物之方法，其包含提供包含反應性化學添加劑的第一以碳為主的材料，提供連接至該第一以碳為主的材料之導電電極，將該第一以碳為主的材料曝露於分析物，跨該等導電電極施加複數個具有多種頻率之交流電，及使用該複數個交流電量測該第一以碳為主的材料的複阻抗。

Description

共振氣體感測器
相關申請案
本申請案主張2018年1月4日申請之名為「Volatiles Sensor(揮發物感測器)」之美國臨時專利申請案第62/613,716號的權利，其在此以引用的方式全部併入本文中用於所有目的。
本發明係有關於共振氣體感測器。
化學感測器藉由回應特定分析物的存在產生信號來操作。基於石墨烯之感測器為近來開發一直增加之一種類型的化學感測器。圖1說明用於化學蒸氣或氣體感測之習知基於石墨烯之感測器的平面圖，以化學電阻器100加以說明。感測材料120橋接兩個電極110及111。當蒸氣在十億分率(ppb)範圍內穿過感測材料120時，觀察到石墨烯感測材料電阻的變化，且取得電阻量測值160。
圖2為組態為場效電晶體(FET)之習知基於石墨烯之感測器200的透視圖，其中第一金屬電極210充當源極，第二金屬電極211充當汲極，且功能化石墨烯通道220形成閘極。電極210及211以及通道220安裝於介電材料230上。感測器200顯示基於石墨烯之化學感測器可組態為場效電晶體(FET)以識別樣品中之具體物種並且量化物種的濃度。
圖3為列出基於石墨烯之習知氣體感測器實例的表。可使用各種諸如外延-G、經G-臭氧處理之、G-剝離之、G-奈米篩、rGO、G-微纖及石墨烯薄片之石墨烯雜合體來製造化學電阻器、FET、光學感測器及傳導率感測器。圖3中之表列出各種習知石墨烯感測器之標靶氣體、溫度、偵測範圍、偵測極限(LOD)、響應靈敏度、響應時間及恢復時間。
然而，習知氣體感測器需要高功率能源來感測低水準之化學物且此類設備之高成本已經使得對於許多應用而言廣泛採用變得不切實際。許多習知系統還依賴於賦能(例如使用高溫)來驅動感測器內之感測反應且改良靈敏度。習知氣體感測器所需要之設備亦不太容易微型化，此限制其用於移動應用。
在一些實施例中，偵測分析物之方法包含提供包含反應性化學添加劑之第一以碳為主的材料，提供連接至該第一以碳為主的材料之導電電極、將該第一以碳為主的材料曝露於該分析物；跨該等導電電極施加複數個具有多種頻率之交流電；及使用該複數個交流電量測該第一以碳為主的材料之複阻抗。在以上方法之一些實施例中，提供第一以碳為主的材料包含使用微波電漿以產生碳粒子及印刷該等碳粒子以形成該第一以碳為主的材料。在一些情況下，該等反應性化學添加劑經調整適於該等分析物材料。
在一些實施例中，偵測分析物之感測器包含可撓性基板、共振氣體感測器電路及排列於該可撓性基板上且電耦接至該轉換器之第二末端及該接地電極之微處理器。共振氣體感測器電路可包含排列於該可撓性基板上之轉換器、排列於該可撓性基板上之感測材料，其中該感測材料電耦接至該轉換器且包含第一顆粒碳及反應性化學添加劑；及電耦接至該轉換器之第一末端之接地電極。微處理器可包含經組態以向該轉換器供應複數個交流電(AC)信號的AC源，該複數個AC信號包含多種頻率；及量測自該轉換器反射之複數個AC信號的偵測電路。該感測材料可包含各自包含複數個碳奈米粒子之複數個碳聚集體。每一碳奈米粒子可包含石墨烯，該複數個碳奈米粒子中之石墨烯包含多達15層，該等碳聚集體中碳與除氫之外的其他元素的百分比大於99%，包含該等碳奈米粒子之該等碳聚集體之中值粒徑為0.1微米至50微米，當使用氮氣作為被吸附物之Brunauer–Emmett–Teller(BET)法量測時，該等碳聚集體之表面積為10 m2 /g至300 m2 /g，且當該等碳聚集體被壓縮時具有500 S/m至20,000 S/m之電導率。
在本發明實施例中，描述可用於化學感測分析物(例如一或多種揮發性氣體或蒸氣)之合併以碳為主的材料及材料複合材料的器件。在一些實施例中，氣體感測器含有併入感測材料中之反應性化學添加劑。在曝露於分析物之後，反應性化學添加劑與分析物反應且改變感測材料的電性質。感測材料的電性質由氣體感測器中之電路系統詢問，且偵測由於分析物曝露之電性質的變化。對於用於偵測分析物之此類氣體感測器而言，本發明以碳為主的材料之特性與本文所述之器件架構結合可改良靈敏度及功率消耗。另外，本發明實施例與微型氣體感測器相容，該等微型氣體感測器使得無數非便攜式氣體感測器不可用之應用成為可能。
用於偵測化學物質之本發明氣體感測器具有許多應用。一些非限制性實例包括環境監測(例如室內空氣品質、水測試、廢水處理、化學品製造及總離子計數)、工業安全(例如有毒化合物偵測)、食品及飲料工業應用(例如監測食品發酵製程、新鮮度/成熟度及腐爛)、防禦及第一響應應用(例如化學戰劑、化學威脅劑及爆炸物)及生物醫學應用(例如感染監測、抗氧化劑水準監測、及生物樣本監測)。
在一些實施例中，使用基於阻抗譜之電化學感測器來感測分析物(例如揮發性氣體或蒸氣)。本發明實施例使用用於在背襯材料(例如標籤、智能卡及封裝材料)上印刷電子組件的低成本材料及方法，該等電子組件可以與其他硬體組件一起整合於基板(例如可撓性基板)上以產生電活性器件。
在一些實施例中，使用經過印刷之以碳為主的電子組件製造用於在氣相中偵測化學物質的感測器。在一些實施例中，該等碳材料經定製以感測由特定感測器所靶向之具體化學品。本發明感測器可以在低功率要求及室溫下操作，同時提供偵測空氣傳播化學品之高靈敏度。經過印刷之感測器可以例如組態為標籤，其可以貼在諸如運輸箱之容器上以監測容器內之內容物。在一些實施例中，可將一個以上感測器印刷於單一標籤上，其中每一感測器經組態以偵測不同化學品。以此方式，由標籤上不同感測器所偵測之化學品的組合可以指示存在不穩定或難以偵測的化合物。
用於在一些實施例中偵測標靶化學部分之感測器包括由第一導電墨水製成之第一電極，該第一導電墨水包含第一碳同素異形體；由第二導電墨水製成之第二電極，該第二導電墨水包含第二碳同素異形體；及基板，第一電極、第二電極及感測材料印刷於基板上。第一電極、第二電極或感測材料中之至少一者亦可包含氧化還原介體。在一些實施例中，經過印刷之化學發光感測器由複合材料製成，該複合材料包括拴系於基於石墨烯之材料的發光染料。
在一些實施例中，使用由新穎微波電漿及熱裂解設備及方法製得之獨特碳材料及碳材料複合材料使得在本發明實施例中將低功率溶液提供給許多具有電子性質的器件及應用成為可能。舉例而言，感測器、電子器械及顯示器可以用本發明材料印刷，實現許多不同類型之應用方案。能量採集技術亦經由使用此等材料來實現以在現實世界應用中用複雜之微處理器控制來將可行的功率提供給微處理器器件。 用於氣體感測器之碳材料
如下文進一步所述，用於偵測分析物(例如揮發性化合物)之本發明氣體感測器可以合併獨特之碳材料(例如使用微波電漿或熱裂解設備產生)。
在一些實施例中，將3-維結構(例如微孔、中孔及/或分層結構)碳(例如石墨烯)粒子用於氣體感測器。可調整碳粒子之孔隙率、表面積及表面可親近性(philicity)/極性以改變粒子之特性(例如其複阻抗)。碳充當支撐第二相材料(例如介電聚合物)之導電骨架，使得當曝露於一或多種分析物時經組合粒子之特性(例如電阻率及/或複阻抗)可改變。可各自調整碳及第二相材料的特性以產生組合材料，該組合材料為導電、分子過篩的及有效氣體吸附框架且能夠偵測用於多種應用之廣泛多種分析物(例如揮發性氣體或蒸氣)。在一些實施例中，本文所述之顆粒碳可用於形成頻率選擇性材料，該等材料可用於本發明氣體感測器內之共振電路。
在一些實施例中，使用聚合物作為黏合劑將碳粒子形成為膜。在一些狀況下，可調整碳粒子之表面積及孔隙率以及聚合物黏合劑與碳粒子比以提供分子過篩(亦即影響分析物(例如揮發性有機化合物)擴散(或質量輸送)及分離之速率)用於增強的分子尺寸及形狀選擇性。
在一些實施例中，可對碳(例如石墨烯)表面進行改質(例如功能化)以實現材料之吸附行為及介電學特性。感測材料之此類表面改質可增加在與分析物相互作用時的介電變化(自石墨烯與聚合物材料)，因此改良感測器之靈敏度及分析物選擇性。
在一些實施例中，可功能化碳表面以調整表面之可親近性/極性，因此可產生具有對濕度之工程化響應之感測材料。舉例而言，可製造具有非潤濕疏水性石墨烯表面之感測器以將水分/濕度之影響降至最低。或者，藉由考慮(例如減去)因濕度產生之背景效應，具有含有親水性及疏水性具體石墨烯偵測器(例如眾多呈陣列組態之每種類型感測器)之二元感測器陣列的感測器可以提供更大的靈敏度及選擇性。此方法可擴展至具有以不同方式經調整之感測材料的感測器陣列以使得各種材料(例如雜質)在信號處理方法中要加以考慮(例如2-階(或更高級)偵測器陣列之高/低響應)。
在一些實施例中，獨特的碳材料為相較於習知碳材料具有改良特性之顆粒碳。舉例而言，顆粒碳可具有相較於習知碳材料之高組成純度、高電導率及高表面積。高表面積例如提供高濃度之氣體感測位點(例如用於偵測標靶化學物種之反應性化學添加劑的結合位點)，其改良感測器之偵測下限。另外，因為較少功率由於寄生電阻加熱氣體感測器之電子組件(例如氣體感測器之電極或感測材料)而失去，所以高電導率對於氣體感測器係有利的。
在一些實施例中，顆粒碳亦具有對於氣體感測器效能為有利之結構，諸如小孔徑及/或中孔結構。在一些狀況下，中孔結構之特徵在於具有寬孔徑分佈之結構(例如具有孔徑之多峰分佈)。舉例而言，孔徑之多峰分佈指示具有高表面積及大量小孔的結構，該等小孔經由結構中具有較大特徵尺寸之材料有效連接至支撐材料及/或集電器之基板(亦即提供穿過結構之更具傳導性之路徑)。此類結構之一些非限制性實例為分形結構、樹枝狀結構、分支結構及具有不同尺寸互聯通道之聚集體結構(例如由大致為圓柱形及/或球形之孔及/或粒子構成)。中孔結構對於氣體感測器特別有利。不受理論之限制，中孔結構可提供具有穿過材料之低電阻電子路徑的框架，而同時提供有利於偵測極限之高表面積結構。
在一些實施例中，用於本文所述之氣體感測器之顆粒碳材料使用微波電漿反應器及方法來產生，諸如名為「Microwave Chemical Processing」之美國專利第9,812,295號或名為「Microwave Chemical Processing Reactor」之美國專利第9,767,992號中所述之任何適當微波反應器及/或方法，其頒給與本申請案相同之受讓人且在此以引用之方式併入本文中，如同充分闡述一般用於所有目的。用以產生本文所述之碳奈米粒子及聚集體之用於微波電漿氣體處理系統方法及裝置的其他資訊及實施例亦描述於本發明內容中所提及的相關美國專利及專利申請案中。
在一些實施例中，本文所述之氣體感測器含有一或多種顆粒碳材料。在一些實施例中，用於本文所述之氣體感測器之顆粒碳材料描述於名為「Seedless Particles with Carbon Allotropes」之美國專利第9,997,334號中，其頒給與本申請案相同之受讓人且在此以引用之方式併入本文中，如同充分闡述一般用於所有目的。在一些實施例中，顆粒碳材料含有包含複數個碳聚集體之基於石墨烯之碳材料，每一碳聚集體具有複數個碳奈米粒子，每一碳奈米粒子包括石墨烯，視情況包括多壁球形富勒烯，且視情況沒有種子粒子(亦即沒有成核粒子)。在一些狀況下，顆粒碳材料亦在不使用催化劑的情況下產生。基於石墨烯之碳材料中之石墨烯具有多達15層。碳聚集體中之碳與除氫之外的其他元素之比(亦即百分比)大於99%。碳聚集體之中值粒徑為1微米至50微米，或0.1微米至50微米。當使用氮氣作為被吸附物之Brunauer–Emmett–Teller(BET)方法量測時，碳聚集體之表面積為至少10 m2 /g，或為至少50 m2 /g或為10 m2 /g至300 m2 /g，或為50 m2 /g至300 m2 /g。碳聚集體當壓縮時具有大於500 S/m，或大於5000 S/m或500 S/m至20,000 S/m之電導率。
在一些實施例中，用於本文所述之氣體感測器中之顆粒碳材料描述於名為「Carbon Allotropes」之美國專利第9,862,606號中，其頒給與本申請案相同之受讓人且在此以引用之方式併入本文中，如同充分闡述一般用於所有目的。在一些實施例中，顆粒碳材料含有碳奈米粒子，其包含至少兩種連接之多壁球形富勒烯，及塗覆該等連接之多壁球形富勒烯的石墨烯層。另外，碳奈米粒子內之碳同素異形體充分有序。舉例而言，使用532 nm入射光之碳奈米粒子的拉曼光譜可具有在大約1350 cm-1 之第一拉曼峰及在大約1580 cm-1 之第二拉曼峰，且第一拉曼峰強度與第二拉曼峰強度之比為0.9至1.1。在一些狀況下，碳奈米粒子內石墨烯與多壁球形富勒烯之原子比為10%至80%。
在一些實施例中，本文所述之顆粒碳材料使用熱裂解裝置及方法產生，諸如名為「Cracking of a Process Gas」之美國專利申請案第9,862,602號中所述之任何適當熱裝置及/或方法，其頒給與本申請案相同之受讓人且在此以引用之方式併入本文中，如同充分闡述一般用於所有目的。用以產生本文所述之碳奈米粒子及聚集體之用於熱裂解方法及裝置的其他資訊及實施例亦描述於本發明內容中所提及的相關美國專利及專利申請案中。
在一些實施例中，用於本發明氣體感測器之顆粒碳含有一種以上類型的碳同素異形體。舉例而言，顆粒碳可含有石墨烯、球形富勒烯、碳奈米管、無定形碳及/或其他碳同素異形體。一些此等碳同素異形體進一步描述於本發明內容中所提及的相關美國專利及專利申請案中。另外，顆粒碳中之不同碳同素異形體可具有不同形態，諸如低及高縱橫比，低及高表面積及/或中孔及非中孔結構之混合物。使用顆粒碳與不同同素異形體之組合(及在一些狀況下不同形態)可增強本發明氣體感測器之不同組件(例如電極或感測材料)的電學及機械特性。顆粒碳中第一碳同素異形體(例如具有高電導率及/或中孔結構)與第二碳同素異形體(例如長鏈碳同素異形體)之質量比可為70:30至99:1，或80:20至90:10，或85:15至95:5，或為約85:15，或為約90:10，或為約95:5。舉例而言，顆粒碳中之中孔碳同素異形體可提供高表面積及/或高電導率，且在顆粒碳中添加長鏈(亦即高縱橫比)碳同素異形體可改良本發明氣體感測器組件之機械強度、黏著力及/或耐久力。
在一些實施例中，用於本發明氣體感測器之顆粒碳包含含有石墨烯之粒子(例如具有一或多種本文所述之特性)，及含有長鏈碳同素異形體(例如以串狀排列連接之球形富勒烯，或碳奈米管束)之粒子。在一些實施例中，長鏈碳同素異形體具有大於10:1，或10:1至100:1，或約10:1，或約20:1，或約50:1，或約100:1之縱橫比。在一些實施例中，長鏈碳同素異形體具有50 nm至200 nm寬乘以多達10微米長，或10 nm至200 nm寬乘以2微米至10微米長之尺寸。含有長鏈碳同素異形體之另外的粒子描述於本發明內容中所提及的相關美國專利及專利申請案中。顆粒碳中含石墨烯之碳同素異形體與長鏈碳同素異形體之質量比可為約85:15，或約90:10，或約95:5。在一些實施例中，長鏈碳同素異形體可與顆粒碳中之其他導電(及在一些狀況下結構化，或中孔)碳同素異形體互鎖且可形成相較於不具有長鏈碳同素異形體之組件具有改良之機械特性的互鎖雜合複合材料同素異形體氣體感測器組件(例如電極或感測材料)。在一些實施例中，添加長鏈(例如纖維狀)碳增加中程(例如1微米至10微米)傳導率，及其他碳同素異形體之分佈(例如阻止諸如中孔石墨烯粒子之其他碳同素異形體聚集)，同時改良機械穩定性。此外，添加長鏈碳同素異形體可提供圍繞碳鏈之另外的孔隙率，此增加氣體感測器組件中之離子電導率及移動性。在一個實施例中，此等長鏈纖維使得製造期間之壓延壓力減小(導致具有增加的局部空隙度或孔隙率之組件)，同時保持與在更高壓力下壓延之不具有長鏈碳的組件相同(或更佳)之機械穩定性(亦即對分層及/或裂解之耐受性)。因為使用更低壓力所達成之更高孔隙率導致增加離子傳導率及/或移動性，所以減小之壓延壓力可為有利的。另外，在一些實施例中，添加長鏈碳(例如纖維)可相對於習知鑄漿組件改良拉伸/應變公差。在一些狀況下，拉伸/應變公差(例如最大斷裂應變，或對於既定應變之效能降級之量)比習知注漿組件增加差不多50%。在一些實施例中，將長鏈碳同素異形體添加至氣體感測器組件中之顆粒碳使得在組件中使用較少黏合劑或消除黏合劑。
在一個非限制實例中，機械堅固之雜合複合材料電極或感測材料膜可含有顆粒碳，其具有低密度(例如中孔)、分層含石墨烯之粒子(例如具有直徑為15至40微米之粒徑)及含有長鏈連接球形富勒烯之較高密度粒子(例如具有50至200 nm寬乘以多達10微米長之大小)的組合。此實例中石墨烯碳同素異形體與長鏈同素異形體之質量比為約85:15。此實例中之顆粒碳具有高電導率(由於石墨烯及/或球形富勒烯之高電導率)且長鏈同素異形體提供機械強化。
在含有導電及/或活性材料粒子之習知膜(或圖案化軌跡)中，黏合劑通常用於改良機械特性。在一些實施例中，本發明氣體感測器組件經長鏈碳同素異形體機械強化，此使得組件中黏合劑減少或消除。舉例而言，可不使用黏合劑來形成具有適合機械特性的含有中孔石墨烯及長鏈碳同素異形體之互鎖雜合複合材料同素異形體膜(或圖案化軌跡)。此類不具有黏合劑之組件亦可為獨立式組件(亦即在未附著至基板的情況下為機械穩定的)。
在一些實施例中，在組件形成之後(例如在印刷或注漿之後)藉由燒結顆粒碳來形成互鎖雜合複合材料同素異形體氣體感測器組件。此製程可用於鞏固及加強複合材料組件結構。
在一非限制實例中，使用名為「Microwave Chemical Processing Reactor」之美國專利第9,767,992號中所述之微波電漿反應器系統產生含有石墨及石墨烯之碳粒子及聚集體。此實例中之微波電漿反應器具有由不銹鋼與石英內壁材料製成之主體。然而，不是在每一種情況下都需要石英內壁材料，可在不具有石英的反應器中在反應區中或鄰近於反應區產生類似碳材料。在一些實施例中，因為諸如氧氣之材料可自石英中分解出來且在所產生之碳材料中合併為不想要之雜質，所以在不具有石英的反應器中在反應區中或鄰近於反應區產生顆粒碳為有利的。反應區體積大致為45 cm3 。前驅體材料為甲烷且視情況與供氣(例如氬氣)混合。甲烷之流動速率為1至20 L/min，供氣之流動速率為0至70 L/min。在彼等流動速率及工具幾何形狀下，氣體在反應腔室中之停留時間為大致0.001秒至大致2.0秒且碳粒子產生速率為大致0.1 g/hr至大致15 g/hr。在合成且收集聚集體之後，藉由在1000至2200℃之溫度下在惰性氣氛中退火大致60至大致600分鐘之持續時間來對其進行後加工。
此實例中所產生之粒子包含含有複數個碳奈米粒子之碳聚集體，其中每一碳奈米粒子含有石墨及石墨烯且不含有種子粒子。此實例中之粒子的碳與其他元素(非氫)之比為大致99.97%或更大。
圖4顯示使用532 nm入射光獲得之此實例之顆粒碳的拉曼光譜。圖4中之粒子使用含有氬氣之前驅體產生。光譜具有在大致2690 cm-1 之2D-模式峰310，在大致1580 cm-1 之G-模式峰320，及在大致1350 cm-1 之D-模式峰330，並且2D/G強度比大於0.5。圖4中產生之粒子的2D/G強度比為大致0.7。
此實例中聚集體之大小具有合成時的大致11.2微米及退火後的大致11.6微米之中值。合成時的聚集體之大小分佈具有10%的大致2.7微米及90%的大致18.3微米。退火聚集體之大小分佈具有10%的大致4.2微米及90%的大致25.5微米。
聚集體之電導率在壓縮為球粒之後量測。合成時的(亦即退火之前)材料具有當使用2000 psi壓力壓縮時之800 S/m的傳導率，及當使用12,000 psi壓力壓縮時之1200 S/m的傳導率。退火材料具有當使用2000 psi壓力壓縮時之1600 S/m的傳導率，及當使用12,000 psi壓力壓縮時之3600 S/m的傳導率。
圖5A及5B顯示此實例顆粒碳之碳聚集體的SEM圖像，且圖6A及6B顯示TEM圖像，此實例顆粒碳顯示石墨及石墨烯同素異形體。層狀石墨烯清楚顯示於碳之變形(皺褶)內。碳同素異形體之3D結構亦可見。此實例中之碳同素異形體具有3D結構，其中分層中孔、少層石墨烯結構具有邊緣對基底面比率。在一些實施例中，本發明顆粒碳中石墨烯之邊緣對基底面比為約1:10，或約1:100，或1:10至1:100。
此實例中聚集體之表面積使用氮氣BET法及密度泛函理論(DFT)法量測。如由BET法測定之聚集體之表面積為大致85.9 m2 /g。如由DFT法測定之聚集體之表面積為大致93.5 m2 /g。
與習知產生之碳材料相比，此實例中微波電漿反應器產生之碳粒子及聚集體含有具有高純度、高電導率及大表面積的石墨及石墨烯。另外，此等粒子具有指示高度有序之拉曼徑跡(signature)，且不含有種子粒子。
在一些實施例中，本發明氣體感測器中之顆粒碳含有摻雜碳材料(例如以H、O、N、S、Li、Cl、F、Si、Se、Sb、Sn、Ga、As及/或其他金屬摻雜之碳)、非摻雜碳材料或其組合。摻雜碳亦可包括具有矩陣同素異形體之碳，矩陣同素異形體摻雜有碳原子(不在矩陣結構中)及/或摻雜其他類型之碳同素異形體。摻雜碳材料亦可摻雜有官能基，諸如胺(NH3 )基。在一些實施例中，摻雜碳材料使用摻雜劑材料形成，其中摻雜劑材料引入氣體、液體或膠態分散體內且饋入用於產生摻雜顆粒碳的反應器中。舉例而言，摻雜劑材料可與烴前驅體材料組合且在反應器(例如微波電漿反應器或熱反應器)中裂解以產生摻雜顆粒碳。
在一些實施例中，本發明氣體感測器中之顆粒碳含有奈米混合顆粒碳。在一些實施例中，本發明顆粒碳材料之表面積、結構及/或表面活性藉由將碳材料內之碳粒子與其他材料粒子奈米混合來調整。在一些實施例中，奈米混合添加劑材料粒子可與基於石墨烯之碳粒子在粒子層面上有利地整合，其在本發明內容中將會稱作奈米混合。奈米混合顆粒碳中之奈米混合添加劑材料及基於石墨烯之碳材料之粒子的平均直徑可為1 nm至1微米，或1 nm至500 nm，或1 nm至100 nm，或可為小如0.1 nm。在一些實施例中，奈米混合添加劑材料及基於石墨烯之碳材料在奈米混合顆粒碳中以化學方式結合，或以物理方式結合在一起。在一些實施例中，奈米混合涉及在顆粒形成期間(例如微波電漿反應器或熱反應器中之烴裂解製程期間)引入奈米混合添加劑，使得在產生基於石墨烯之碳材料時將奈米混合添加劑材料整合至該碳材料中，而非如在特定習知方法中在後面的製程中將碳原材料與添加劑組合。在一些實施例中，奈米混合添加劑材料可以氣體、液體或膠態分散體形式引入用於產生奈米混合顆粒碳之反應器中。作為一實例，將矽與烴製程氣體(或其他諸如液體醇之含碳製程材料)一起輸入反應器中以產生與石墨烯、基於石墨烯之碳材料及/或其他碳同素異形體奈米混合之矽。在其他實例中，本發明實施例之所得奈米混合顆粒碳可含有O、S、Lix Sy (其中x=0-2且y=1-8)、Si、Li22 Si5 、Li22-x Si5-y (其中x=0-21.9且y=1-4.9)及Li22-x Si5-y-z Mz( 其中x=0-21.9、y=1-4.9、z=1-4.9且M為S、Se、Sb、Sn、Ga或As)及/或其他金屬之粒子。
在一些實施例中，產生且收集待用於本發明氣體感測器中之顆粒碳，且不進行後加工。在其他實施例中，產生且收集顆粒碳，且進行某一後加工。後加工之一些實例包括機械加工，諸如球磨、研磨、磨粉、微流體化、噴射研磨及其他技術以在不損害其中所含之碳同素異形體的情況下減小粒徑。後加工之一些實例包括剝離製程，尤其諸如剪切混合、化學蝕刻、氧化(例如Hummer法)、熱退火、藉由在退火期間添加元素(例如O、S、Li、Si、Se、Sb、Sn、Ga、As及/或其他金屬)進行摻雜、汽蒸、過濾及裂解(lypolizing)。後加工之一些實例包括燒結製程，諸如SPS(火花電漿燒結，亦即直流燒結)、微波及UV(紫外線)，其可在高壓及高溫下在惰性氣體中進行。在一些實施例中，多個後加工方法可一起或連續使用。在一些實施例中，後加工可產生本文所述之官能化碳奈米粒子或聚集體。
本文所述之顆粒碳可與第二相材料組合以產生複合材料膜。複合材料膜可利用不同方法製造以產生具體偵測器響應。
在一實例中，固體碳粒子(例如0.3微米至40微米之粒徑)及聚合物微球(例如為減小大小且改良聚集而混合的球)可分別以90:10之比率(或95:10至5:95之比率)混合。接著可將此混合物澆注於基板上(例如含有預製電極者，或天線平台)，接著處理(例如使用在惰性氣體烘箱、反應氣體烘箱或真空烘箱中之低溫後處理)。
在另一實例中，以上實例中所述之混合固體碳粒子與聚合物微球可進一步與溶劑組合以形成墨水，可接著將其沉積於基板上(例如使用刮刀進行澆注或印刷)。沉積後，接著在低溫下處理膜以移除溶劑且鞏固膜。
在另一實例中，顆粒碳可以聚合物囊封以形成膠體核殼結構，使用包括噴墨印刷、氣溶膠噴塗、旋塗及輥塗之各種技術將其印刷至天線平台上。
在另一實例中，顆粒碳可與可溶性聚合物組合以形成可噴射印刷用墨水。在此類應用中，亦可添加諸如片狀銀粉/銀粒子之傳導性黏合劑以調整介電學特性(例如在粒子-粒子接觸點)。 電化學感測器
圖7為根據一些實施例之電化學氣體感測器400之平面示意圖。氣體感測器400具有電路，該電路含有自導電墨水印刷之第一電極410、自導電墨水印刷之第二電極411、將第一電極410電耦接至第二電極411之非揮發性電解液420、信號發生器460(顯示為電壓源)及量測(或偵測)電路元件470(顯示為圖中之兆歐姆電阻量測值，但亦可為其他實施例中之電容、阻抗或其他電量測值)。標靶化學品的存在在兩個電極410與411之間產生可偵測信號。舉例而言，電路之電阻、電路之電容及/或電路之阻抗的變化可用作偵測信號。電極410或411中之一充當感測電極，且另一為相對電極。在一些實施例中，電極410或411中之一或兩者含有顆粒碳(例如本文所述之顆粒碳)、銀粒子、金屬粒子、導電氧化物粒子(例如氧化銦錫及/或摻雜氟之氧化錫粒子)，或其他導電顆粒材料(包括任何縱橫比顆粒，諸如成形為球狀體、棒或線之彼等)。在其他實施例中，電極410或411中之一或兩者含有碳同素異形體，諸如但不限於石墨烯、石墨烯類(基於石墨烯之材料)、氧化石墨烯、還原之氧化石墨烯、氧化石墨、石墨夾層化合物、石墨、石墨烷、碳奈米洋蔥(carbon nano-onions)、金剛石、p-型金剛石、n-型金剛石、玻璃碳、無定型碳、活化碳、碳黑及/或碳奈米管。第一電極410中之碳材料可與第二電極411中之碳材料相同或不同。在一個實施例中，第一電極410包括與諸如來自茂金屬(例如二茂鐵)類別之氧化還原介體組合之高表面積、高導電碳同素異形體，而第二電極411包括具有低表面積碳同素異形體但不具有氧化還原介體之導電墨水。在各種實施例中，諸如藉由噴墨印刷將第一電極410、第二電極411及電解液420全部印刷於基板450上。在一些實施例中，基板450為堅硬或可撓性材料，諸如紙，諸如用於標籤材料之紙。基板材料之一些其他非限制性實例為聚合物(例如聚對苯二甲酸乙二酯或聚丙烯)及紙板。根據一些實施例，本發明氣體感測器之一個益處為其可印刷於許多不同基板上。
在一些實施例中，可噴墨印刷電解液420且其含有諸如聚合物電解液、陶瓷或固化為適合固體電解液之單體的材料。液體電解液材料之實例包括離子液體，諸如1-丁基-3-甲基咪唑鎓雙(三氟甲基磺醯基)醯亞胺、六氟磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四氟硼酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓、四(五氟乙基)三氟磷酸1-己基-3-甲基咪唑鎓、1-丁基-1-甲基吡咯啶鎓雙(三氟甲基磺醯基)醯亞胺、硝酸乙基銨及四丁基甲基銨雙(三氟甲基磺醯基)醯亞胺。具有丙烯酸官能基之離子液體單體可經原位聚合以製得聚合物離子液體，諸如聚(3-磺基丙基丙烯酸四丁基鏻)或聚(3-磺基丙基丙烯酸三丁基己基鏻)。或者，可使用固體聚合物電解液，其包括聚(四氟乙烯)與聚(磺醯基乙烯基醚)(市售實例包括來自DuPont之Nafion 117)、聚(二甲基二烯丙基氯化銨)、含有六氟磷酸四丁基銨之增塑聚(氯乙烯)，及聚(氧化乙烯)與三氟甲烷磺酸銀之錯合物的共聚物。在一些實施例中，電解液420含有反應性化學添加劑且充當感測材料(例如且兩個電極都不含反應性化學添加劑)。在此類狀況下，藉由量測感測器400中由於電解液電學特性之變化的信號(例如電路之電容)變化來偵測標靶化學品之存在。不受理論之限制，在一些狀況下，因反應性化學添加劑(例如氧化還原介體材料)化合物電子轉移至標靶分子(例如相關化合物(亦即分析物或標靶化學品)或自相關化合物產生之產物)而產生的電荷影響電解液的電學特性，藉此影響氣體感測器400中之信號。電解液420可具有例如水、極性有機溶劑、離子液體或聚合物電解液作為溶劑。在一些實施例中，電解液可自一類聚合物電解液或離子液體印刷。在一些狀況下，本文所述之任一氣體感測器中的感測反應(亦即感測材料與分析物之相互作用)在室溫及環境壓力或高溫(例如30℃至80℃)下發生。在一些狀況下，將光子(例如可見光，或UV光)引入本文所述之任一氣體感測器之感測材料中以增加感測反應之速率。
在其他實施例中，第一及第二電極410及411中之一者或兩者充當感測材料，且包括氧化還原介體，其中該氧化還原介體可呈聚合物或溶液之形式。亦即，在一些實施例中，第一電極、第二電極或電解液材料中之至少一者含有氧化還原介體。
第一及第二電極410及411中之一者或兩者，或電解液420可包括氧化還原介體，其為給予質子或電子或自電極接受質子或電子且藉由將此電子或質子轉移至本體溶液中之物質/遠離該物質轉移此電子或質子遠離該電極執行該物質的還原或氧化的化合物。圖8為列出可用於本發明實施例之可能氧化還原介體的非限制性實例的表。在一些實施例中，氧化還原介體為有機金屬材料，諸如茂金屬(例如二茂鐵)。在各種實施例中，氧化還原介體為聚合物或溶液，其中氧化還原介體非共價系栓(non-covalently tethered)至一或多個氣體感測器組件(例如第一或第二電極410及411，及/或電解液420)中之碳、共價系栓(covalently tethered)至碳，或氧化還原介體不系栓(untethered)至碳。藉由將氧化還原介體結合至感測器之組件(例如正電極)系栓–無論共價或非共價–引起氧化還原介體固定化。介體之共價系栓係指將具有氧化還原活性之材料化學鍵合至碳(例如使用包含例如碳、氧、氮、矽、硫及/或氫之組合的有機鏈)。
圖9顯示電化學感測器之另一實施例中之電化學氣體感測器600之一實例，其中第一電極610及第二電極611組態為互相交叉手指以增加電極之間的電學相互作用的面積，其在例如電解液含有感測材料(例如反應性化學添加劑)之狀況下可為有利的。另外，此類互相交叉電極幾何形狀可用於調整感測器元件之電容以使得其更有利地與其他電路元件整合。在一些實施例中，如關於圖7之感測器400所述，使用以碳為主的導電墨水(視情況含有一或多種氧化還原介體)印刷第一及第二電極610及611。包括氧化還原介體(如關於圖7及圖8所述)之電解液620可以層形式印刷於電極610及611上。在所說明之實施例中，電解液620組態為環狀層(例如藉由在製造感測器期間施加一小滴電解液)。然而，在其他實施例中，電解液620可以其他諸如矩形層或其他圖案化形狀之幾何形狀形成(例如噴墨印刷或澆注)以影響感測器電路之電學特性。電解液材料之一些非限制性實例為聚合物(例如聚(醚聚胺酯)(PEUT)、聚表氯醇(PECH)、聚異丁烯(PIB)及烷基纖維素)、陶瓷或固化為適合固體電解液之單體。第一電極610、第二電極611及電解液620可全部印刷於可撓性或堅硬基板650上，其中基板650可例如為塗佈SiO2 之紙或聚合材料。
在一些實施例中，本發明實施例之電極及電解液含有本文所述之顆粒碳，且經調整以感測標靶化學品。在一些實施例中，調整顆粒碳材料包括功能化顆粒碳以對特定材料敏感。舉例而言，顆粒碳可含有一或多種與待偵測標靶化學品反應之反應性化學添加劑。可由本發明內容之感測器偵測之標靶化學品部分之一些非限制性實例包括但不限於丙酮、氨、一氧化碳、乙醇、過氧化氫(H2 O2 )、硝基(NO2 )、氧氣及水(亦即用以偵測濕度水準)。此等化學品與氣體感測器組件中之一或多種的反應性化學添加劑之間的特徵相互作用係用於偵測此等化學品之存在。舉例而言，NO2 基團吸引電子，NH3 氣體為電子供體，CO2 氣體為電子供體，丙酮為中性分子，H2 O2 為氧化劑且乙醇為電子供體。當氣體物種與感測材料中之反應性化學添加劑相互作用時，此等類型之相互作用改變感測材料之電學特性(例如電導率，或複阻抗)，此引起指示物種存在的自氣體感測器量測到之響應。
在一個實例中，氣體感測器中之感測材料包含含有p-型摻雜石墨烯半導體 之顆粒碳，其具有針對NO2 、CO2 或NH3 氣體之響應。NO2 氣體或含NO2 之分子經由三種可能的吸附組態於石墨烯表面上吸附/解吸：硝基、亞硝酸鹽及環加成作用。在此等組態期間，在NO2 分子與p-型石墨烯分子之間存在電荷轉移。NO2 之吸電子作用增加電洞密度，其導致電阻減小(或複阻抗譜中之變化)。CO2 及NH3 為供體，因此由於電洞密度之消耗，p-型摻雜石墨烯半導體之電阻增加(或複阻抗譜改變)。
在另一實例中，氣體感測器中之感測材料包含含有n-型石墨烯複合材料之顆粒碳，其用於丙酮感測。在石墨烯-鋅-鐵複合材料中，表面氧sp雜化軌道與丙酮相互作用以形成CO2 及H2 O且釋放游離電子，此減小感測材料之電阻(或改變複阻抗)。在另一實例中，具有鐵(II)之石墨烯複合材料與H2 O2 反應產生O2 及Fe(III)。可偵測O2 ，或可使用UV檢查Fe(III)錯合物之波長。
在一些實施例中，可調整本發明感測器中顆粒碳內之碳同素異形體以藉由利用碳之特定微結構，諸如孔隙率或曲率(例如彎曲石墨烯)偵測所想要之化學品。碳可含有sp3、sp2及/或sp雜化軌道，或此等軌道之組合。在其他實施例中，可藉由將諸如氧、酮或羧基之官能基形式之反應性化學添加劑添加至碳實現調整。可在初始產生碳期間及/或在已製得碳之後藉由後加工在各個實施例中實現調整。如本文所述之後加工可包括諸如改變碳材料之表面積(例如藉由球磨)、改變電導率、添加官能基之步驟，或此等步驟之組合。
在一個實驗運轉中，將類似於圖9之感測器用於測試過氧化氫之存在。此實例中之互相交叉手指含有本文所述之顆粒碳。氧化還原介體溶液為於四氟硼酸丁基甲基咪唑鎓中的10 µL之5 mM雙(五甲基環戊二烯基)鐵(II)、100 mM四氟硼酸四乙銨及25 mM KOH。藉由在過氧化物不存在下施加1.0 V之電壓，接著允許平衡5分鐘來建立基線電流來啟動感測器。接著將感測器放入含有過氧化物(百萬分之個位數至十億分之各位數)之氣氛中歷時1.0 hr，之後施加1.0 V電壓且量測電流。結果顯示於下表1中。 表1：電化學感測器之樣品實驗結果
Figure 108100381-A0304-0001
如自表1可見，基線電流增加大致650% - 自2.63 µA至19.7 µA - 且第二維持/測試循環保持恆定(20.5 µA)。因此，電化學感測器展示使用低電功率量以高靈敏度偵測過氧化物之能力。 高頻感測器
一些電化學感測器利用直流(DC)電信號偵測感測材料之變化(例如導致電阻變化以指示化學的電荷載流子濃度之變化及/或導致電容變化以指示化學的分子結構之變化)。儘管此類DC氣體感測器能夠感測低水準之化學，在不具有驅動化學反應之昂貴設備(例如利用高功率能源)之情況下的偵測範圍使得廣泛採用對於大多數應用而言變得不切實際。在本發明實施例中，交流(AC)信號用於偵測感測材料之特徵可逆阻抗響應。在一些此類氣體感測器中，將多頻AC信號(例如具有多種頻率之RF電流)施加至感測電路內之感測材料且偵測電路之複阻抗。用於此類「高頻」氣體感測器之AC信號的頻率一般高於1 kHz，或為1 kHz至20 GHz，或為100 kHz至20 GHz。
高頻氣體感測器含有併入感測材料之AC電路。可調整AC電路中之幾何形狀及材料以對特定頻率範圍敏感，且AC電路之複阻抗在與改變感測材料之複阻抗的分析物相互作用時改變。一般而言，AC電路內材料之複阻抗將會影響由電路偵測到之信號，且其可經調整以調整電路之響應。舉例而言，感測材料可含有碳材料，碳材料之特性可影響複阻抗，因此碳感測材料及含有彼材料之感測電路之複阻抗可藉由特定調整碳材料之特性(例如碳材料之結構、所存在之同素異形體的類型及所存在之任何有序碳同素異形體中缺陷之濃度)來加以控制。
在一些實施例中，高頻氣體感測器在感測材料內含有結構化材料。結構化材料之複阻抗為形成結構之固有材料特性以及諸如材料之孔徑、孔間距及宏觀形狀的結構之幾何形狀的結果。在複合結構化材料之狀況下，具有不同特性之材料的分佈亦影響材料之複阻抗。舉例而言，導電材料(例如本文所述之顆粒碳)可經結構化為中孔結構且經諸如介電質或磁導材料之其他材料裝飾。在一些實施例中，材料之結構、組成、分佈及/或雜質及/或缺陷之濃度可經改變以調整高頻氣體感測器內結構化感測材料之複阻抗。此類結構化感測材料在高頻共振氣體感測器中為有利的，此係因為其含有用於在許多頻率下傳導之多種隨機路徑及路徑長度，其可提供具有寬帶寬之偵測標靶分析物之可能頻率的感測器。在一些實施例中，結構化材料(例如具有本文所述之顆粒碳)為頻率選擇性材料，其用於本發明氣體感測器內之高頻電路。
在一些實施例中，利用介電極化改質阻抗譜，其為用於偵測氣體感測器中之低濃度分析物(例如揮發性氣體或蒸氣)的低成本方法。在一些實施例中，使用阻抗譜量測值來偵測對含有反應性化學添加劑之感測材料(例如在分析物存在或不存在下含有顆粒碳及氧化還原介體的結構化感測材料)之特性的調節。舉例而言，總體來說，S21(亦即高頻信號傳輸通過AC電路或系統)及S11(亦即自AC電路或系統之高頻信號的反射)之選擇性頻率詢問可用於偵測感測材料及/或電路(或系統)之複阻抗的變化。氣體感測器之操作依賴於曝露於分析物時所量測到之S21或S11值的變化。
此類高頻氣體感測器(例如利用阻抗譜)及本文所述之顆粒碳的唯一特性(例如結構、表面積及傳導率)的組合使得能夠以大大降低之價格及改良之易採用性與可攜帶性產生與更昂貴對應物相同之結果(例如偵測具有百萬分率(ppm)或十億分率(ppb)範圍內之濃度之分析物)的氣體感測器成為可能。本發明實施例之低功率要求使得系統藉由電池系統且在一些狀況下使用能量採集器系統供電。另外，本文所述之感測材料的複阻抗之虛部具有可將一種分子排列與其他加以區分之光譜特徵(例如光譜中之峰)，使得能夠以一種感測器偵測若干個分子。
圖10顯示高頻(例如阻抗)譜用作偵測方法之化學感測器800的實例實施例。感測器800包括第一電極810、第二電極811及夾在電極810及811之間的介電質820，所有都排列於基板850上。在一些實施例中，電極810及811及/或介電質820自墨水印刷於基板850上。基板850可例如為堅硬或可撓性標籤。在一些狀況下，器件可形成於基板兩側上。在一些實施例中，電極810及811含有本文所述之顆粒碳、銀粒子、金屬粒子、導電氧化物粒子(例如氧化銦錫及/或氟摻雜氧化錫粒子)，或其他導電顆粒材料(包括任何縱橫比顆粒，諸如彼等成形為球狀體、棒及線之顆粒)。在其他實施例中，電極810及811中之一或兩者含有碳同素異形體，諸如但不限於石墨烯、氧化石墨烯、碳奈米蔥及/或碳奈米管。在一些實施例中，一個電極包括金屬而另一電極不包括金屬。一個或兩個電極810及811及/或介電質820可包括如參考以上電化學感測器所述之反應性化學添加劑(例如氧化還原介體)，將其調整為一或多種標靶分析物(例如揮發性氣體或蒸氣)物種。
在操作中，AC源830將具有一系列頻率(例如大於1 kHz，或10 kHz至20 GHz，或10 kHz至1 GHz，或500 kHz至20 GHz，或500 MHz至20 GHz)之AC信號施加至感測器800，且偵測電路860偵測在標靶物質與感測材料相互作用(例如吸附於感測材料中，或吸附於感測材料上)時在規定頻率下阻抗的變化。在一些實施例中，感測器800使用阻抗譜技術，其中特定標靶分析物化學品與感測材料(例如含有本文所述之顆粒碳)相互作用，引起感測材料之複阻抗的變化。複阻抗的變化接著可藉由電路系統860來量測，且將量測到之變化用於偵測標靶物質。在一些實施例中，感測材料含有定製碳及具有與標靶化合物相互作用且改變共振頻率之電子的反應性化學添加劑。 高頻共振感測器
一種類型之高頻氣體感測器為共振氣體感測器。在一些實施例中，共振氣體感測器含有一或多種感測材料，且感測材料之電阻率及電容率的變化導致感測器共振行為的變化。在一些實施例中，此類共振氣體感測器可經印刷且利用小型電子器械(例如小型IC晶片)，使得其以低成本微型化及生產。此類低成本微型共振氣體感測器具有大量應用，包括食品包裝上之產品標籤、包裝上之出貨標籤及可攜帶危險/有毒氣體感測器。在一些實施例中，低成本共振氣體感測器藉由本文所述之顆粒碳材料來啟用，其改良共振氣體感測器靈敏度，使得低功率信號產生足夠響應。舉例而言，顆粒碳之表面積及中孔結構越高允許更多分析物蒸氣進入結構中且對於既定分析物濃度而言增加感測材料電阻率及電容率的變化。在一些實施例中，感測材料或補充其他元素之材料(例如具有本文所述之顆粒碳)含有頻率選擇性材料，其用於調整本發明氣體感測器內共振電路之共振頻率。
在一些實施例中，共振氣體感測器含有拾取電極(pickup electrode)以將AC信號功率輸入至感測材料中且偵測感測材料之輸出。可調整構成要素之幾何形狀以產生在感測器內具有特定頻率響應之共振結構。另外，亦可調整感測材料之材料特性(例如電阻率及/或複電容率)以形成具有特定光譜頻率響應之共振結構或複合材料。調整材料特性及共振結構幾何形狀對於增強氣體感測器之效能從而在特定頻率範圍內更敏感可為有利的。
在一些實施例中，共振氣體感測器系統包括微處理器，其將信號提供給轉換器(亦即天線)，轉換器在特定頻率範圍內驅動共振氣體感測器中之感測材料。微處理器亦可偵測響應(例如感測器之複阻抗譜)。在不同狀況下，響應可為反射AC信號(亦即S11)或傳輸AC信號(亦即S21)。感測材料可整合至轉換器中或為單獨元件。下文描述不同共振氣體感測器架構。在一些狀況下，將該響應與多種與特定相關分子(例如爆炸物或腐爛食品中之彼等)有關的分子化學品之共振譜資料庫(亦即文庫)進行比較。在一些實施例中，偵測器及轉換器之功能整合至單一整體結構化膜結構中，視情況與其他諸如積體微處理器及/或通信晶片之電子器械整合(例如以將偵測事件傳達至另一器件)。微處理器(及其他視情況可選之積體電子器械)可使用積體電池或使用能量採集結構供電(例如使用吸收RF能之天線或吸收光之光電池，耦接至積體電容器以儲存所採集到之能量)。在一些狀況下，此類積體感測器可含有具有工程化特性(例如傳導率及幾何形狀)之共振結構以將高頻率下之天線吸收損失降至最小。
在一些實施例中，共振氣體感測器含有一組形成共振結構之導電元件。共振結構自身顯示共振或共振行為，亦即其在一些稱作其共振頻率之頻率下以比在其他頻率下更大的振幅自然地振盪。感測器內之此等共振結構用於自信號(例如由本文所述之共振氣體感測器系統中之微處理器提供的信號)選擇特定具體頻率。舉例而言，共振氣體感測器可含有兩個圍繞介電或導電氣體感測材料及/或電耦接至介電或導電氣體感測材料之導電電極，所有形成單一共振結構(在一些狀況下，與系統之其他組件一起)。在另一實例中，轉換器(亦即天線)可以信號來激發且感測材料鄰近轉換器來排列使得感測材料之複阻抗影響所偵測到之響應。在一些狀況下，電極及/或氣體感測材料可含有本文所述之顆粒碳。在一些狀況下，電極及/或氣體感測材料可自液體、氣體或墨水分散液印刷及/或沉積。
在一些狀況下，上文所述之共振結構可併入共振氣體感測器電路中形成LC儲能電路。舉例而言，捲繞天線可用作感應元件，且兩個電極之間的感測材料可用作電容元件，且感應及電容元件可並聯或串聯連接以形成共振氣體感測器中之儲能電路。在一些實施例中，單一轉換器結構(例如捲繞天線)可含有感測材料(或自感測材料形成)，且亦提供儲能電路之感應及電容元件。此類多功能轉換器可由微處理器驅動，且在與分析物相互作用時改變轉換器材料特性，此改變氣體感測器電路之特徵響應，該特徵響應又藉由偵測電路系統偵測分析物之存在而量測。在其他狀況下，轉換器不含有感測材料，且感測材料改變儲能電路內一或多種元件的特性(例如電容元件之電容)，此改變電路之特徵響應，該特徵響應又藉由偵測電路系統偵測分析物之存在而量測。
當氣體感測材料與分析物相互作用時，電容率ε = ε’−jε”(其中j為虛數單位)及磁導率µ = µ’−jµ”之複雜的電材料特性改變。在共振氣體感測器中，不同材料特性可導致信號(例如由微處理器提供之多頻信號)波傳播通過共振結構(例如LC儲能電路、天線或微帶線)之變化。除材料特性之外，共振氣體感測器中信號之波傳播亦視由感測器元件形成的結構之幾何形狀而定。在一些狀況下，共振氣體感測器中之共振結構含有一或多個波導，且信號之波傳播亦視波導之設計而定。通常，藉由將電磁波之擴張限制於一維或二維將電磁波引導至所需之傳輸模式。具有橫向電磁模式(TEM)之波的一種傳輸結構為由帶狀導體及接地面組成之平面微帶線，帶狀導體及接地面由介電基板分開或基板單側上之介電材料分開。微帶之二維結構使其極其適於微型化且與其他組件整合，且因為平面結構，其習知藉由厚或薄膜技術製造。在一些狀況下，電路元件(例如共振結構)在基板一側上(例如藉由印刷)形成以產生共振器(例如具有由介電質間隙分開之共平面電極的微帶線)，而在其他實施例中，元件在基板兩側上(例如藉由印刷)形成以產生共振器(例如藉由含有感測材料之介電基板與接地平面電極分開之貼片天線)。基板可為許多不同材料，包括堅硬或可撓性材料，彼等具有適合介電特性者，聚合物薄片或紙。在一些狀況下，基層可預沉積於基板上從而充當錨定層以吸收部分沉積(例如印刷)之材料或產生障礙物以阻止沉積材料吸收於基板(例如紙)上。
圖11A顯示根據一些實施例之共振氣體感測器1100之側視圖及平面圖的非限制性實例，包括基板1110、轉換器1120、微處理器1130及接地電極1140。微處理器1130之第一末端電耦接至轉換器1120之第一末端，且接地電極1140自轉換器之第二末端至微處理器1130之第二末端完成電路。在此實例中，接地電極經由基板中之通道(未圖示)連接至轉換器1120之第二末端及微處理器1130之第二末端。此實例中之轉換器1120為具有不同尺寸之連續環的螺旋。微處理器1130提供不同頻率之AC信號至轉換器1120之第一末端，且量測響應(自轉換器1120反射或傳輸通過轉換器1120之響應，在不同實施例中)。在此實例中，轉換器1120含有感測材料(例如氧化還原介體)，其對分析物敏感，使得當共振氣體感測器1100曝露於分析物時，轉換器1120之複阻抗改變，且在微處理器1130處偵測到之響應改變，指示偵測到分析物。換言之，在曝露於分析物時，感測材料之複電容率及/或磁導率改變，其改變感測器電路之共振頻率，指示偵測到分析物。
圖11B顯示在相關分析物存在下來自共振氣體感測器(例如圖11A中之1100)之響應的實例。圖11B中之圖的x-軸為頻率(1 MHz至5000 MHz)，且y-軸為以dB為單位之來自轉換器(例如圖11A中之元件1120)(亦即S11，其為自轉換器第一末端反射回之信號)之反射信號。圖11B中之圖的谷指示電路之共振頻率，其中AC信號在共振電路中不反射(例如消散)。此等谷可視存在之分析物的類型及濃度而改變，且在一些狀況下可與文庫進行比較以確定偵測到之分析物物種的身份。因為在一些實施例中谷的位置視整個氣體感測器電路之共振頻率而定，所以產生分析物物種及濃度之文庫以用於特定共振氣體感測器設計及材料組。
圖11C顯示根據一些實施例之共振氣體感測器1102之側視圖及平面圖的非限制性實例，包括基板1110、轉換器1120、微處理器1130、接地電極1140及感測材料1150。共振氣體感測器1102類似於共振氣體感測器1100，且進一步包括安置於螺旋轉換器1120連續環上及中間之分開的感測材料1150。在此實例中，感測材料對分析物敏感，使得當共振氣體感測器1102曝露於分析物時，由轉換器1120及感測材料1150形成之共振電路的頻率響應改變，且在微處理器1130處偵測到之響應改變，指示偵測到分析物。此實例中頻率響應之變化可由轉換器1120之電感變化及/或轉換器1120連續環之間的電容變化引起，此改變由轉換器1120及感測材料1150形成之儲能電路的共振頻率。換言之，在曝露於分析物時，感測材料之複電容率及/或磁導率改變，其改變感測器儲能電路之共振頻率，指示偵測到分析物。
圖11D顯示根據一些實施例之共振氣體感測器1104之側視圖及平面圖的非限制性實例，包括基板1110、轉換器1120、微處理器1130、接地電極1140、第二電連接1142、感測材料1150及電容元件1160。共振氣體感測器1104類似於共振氣體感測器1100，且進一步包括電容元件1160。此實例中之電容元件1160自互相交叉電極1162及1164形成。在此實例中，電容元件1160具有安置於互相交叉手指1162及1164上及之間的感測材料1150。在此實例中，電容元件1160與轉換器1120並聯接有電線；接地電連接1140電耦接至電容元件1160之電極1162；且第二電連接1142將電容元件1160之電極1164耦接至轉換器1120之第一末端(如圖11A中共振氣體感測器1100中所述)。因此，在此實例中LC儲能電路(具有並聯之感應元件及電容元件)自轉換器1120及電容元件1160形成。在此實例中，感測材料1150(例如氧化還原介體)對分析物敏感，使得當共振氣體感測器1104曝露於分析物時，電容元件1160之電容改變且在微處理器1130處偵測到之響應改變，指示偵測到分析物。換言之，在曝露於分析物時，感測材料之複電容率及/或磁導率改變，其改變電容元件1160之電容及感測器儲能電路之共振頻率，指示偵測到分析物。分開的感應及電容元件(例如如共振氣體感測器1104中所示)之一個優勢在於可調整儲能電路之共振頻率。一個此實例為將共振頻率降至更低頻率範圍(例如約20 GHz至約1 GHz)以減少驅動感測器電路所需之電子器械的成本。
圖11E顯示根據一些實施例之共振氣體感測器的非限制性實例，含有基板1110、轉換器天線1120及用於吸附分析物之複合材料偵測膜1150(例如揮發性有機溶劑蒸氣)。複合材料偵測膜1150含有以聚合物黏合劑封裝之結構化顆粒傳導相。插圖1170及1180顯示藉由聚合物黏合劑1174封裝之顆粒傳導相1172的示意圖。插圖1180顯示由聚合物黏合劑及/或顆粒碳內部表面所吸附之揮發性氣體(更通常為分析物)。在一些實施例中，聚合物黏合劑含有一或多種反應性化學添加劑，其與分析物相互作用且引起感測材料1150之電學特性改變。在其他實施例中，反應性化學添加劑(例如溶解鹽)可沉積於顆粒碳上或顆粒碳孔內。在一些狀況下，反應性化學添加劑可併入顆粒碳及聚合物黏合劑中以進一步改良感測材料之靈敏度。在一些狀況下，可將反應性化學添加劑添加至顆粒碳中且感測材料可含有顆粒碳且不含聚合物黏合劑。插圖1190顯示複合材料偵測膜1150中之顆粒碳的石墨烯薄片1192及多孔3維結構1194之示意圖。結構化顆粒傳導相之一些非限制性實例可含有含3維結構化微孔或中孔石墨烯之粒子，或本文所述之顆粒碳。聚合物黏合劑之一些非限制性實例包括PEUT、PECH、PIB及烷基纖維素。因為此類結構產生可以用高頻(共振)天線元件量測(或轉換)之特徵可逆阻抗響應，所以其有利於偵測共振氣體感測器中之分析物物種及濃度。
圖11F顯示根據一些實施例之共振氣體感測器1106之側視圖及平面圖的非限制性實例，包括基板1110、轉換器1122、微處理器1130、接地電極1140及感測材料1150。共振氣體感測器1106含有與共振氣體感測器1100中類似類似的元件，然而此實例中之轉換器1122為圓形之貼片天線而非螺旋天線，其電耦接至微處理器之第一末端。接地平面自基板1110相對側上之接地電極1140形成，且經由基板(圖中未示)上之通道耦接至微處理器之第二末端。此實例中之基板1110含有感測材料。在此實例中，感測材料1150(例如氧化還原介體)對分析物敏感，使得當共振氣體感測器1106曝露於分析物時，自轉換器1122及感測材料1150形成之共振電路的頻率響應改變，且在微處理器1130處偵測到之響應改變，指示偵測到分析物。在不同實施例中，類似於圖11A、11C及11D中所示之實例，響應可自貼片天線轉換器1122反射回微處理器之第一末端，或傳輸通過貼片天線轉換器1122且在微處理器(連接至接地電極1140)之第二末端偵測到。
圖11A、11C、11D及11F中所述之共振氣體感測器僅為非限制性實例且存在許多其他變體。舉例而言，電極、轉換器、電容元件及/或基板可含有任一以上實例中之感測材料。在此類實例中，感測材料自身可經圖案化以影響氣體感測器電路之共振頻率。亦可例如添加其他元件以提供可影響以上實例中來自電路之響應的其他感測材料。任一以上實例中之電極、轉換器、電容元件及/或基板可含有本文所述之顆粒碳。電極、轉換器、電容元件及/或基板亦可以許多不同形狀形成。舉例而言，轉換器可為矩形螺旋天線(例如如圖11A、11C及11D中所示)、正方形螺旋天線、卵形螺旋天線或其他類型螺旋天線。貼片天線轉換器可為圓形(例如如圖11F中所示)、矩形、正方形、卵形或其他貼片狀形狀。其他轉換器形狀亦為可能的，諸如在特定頻率範圍共振之圖案。在一些狀況下，可藉由單一微處理器驅動一個以上轉換器，且可藉由單一微處理器偵測來自含有多個轉換器之電路的多個信號。電路亦可含有波導(例如微帶線)代替簡單電連接(例如如圖11A、11C、11D及11F所述)以在氣體感測器電路中元件之間傳導AC信號。可設計波導之幾何形狀使得電路中之元件之間的AC信號損失較低。該等電容元件亦可為與圖11D中所示不同的類型。舉例而言，3維電容器可以圍繞感測材料之結構化電極形成，以進一步增加電容器之表面積且進一步改良曝露於分析物時的電容變化。電路亦可藉由直接連接來電耦接(例如如圖11A、11C、11D及11F中所示)，或經由介電材料來耦接，因為AC電場可在波導或其他共振結構外部延伸。
在一些實施例中，用於本文所述之氣體感測器中之轉換器為名為「Microwave Chemical Processing」之美國申請案第15/944,482號中所述之一或多個天線或轉換器，其頒給與本申請案相同的受讓人，且在此以引用的方式併入本文中，如同充分闡述一般用於所有目的。
圖12A-12C顯示當藉由類似於圖11D中所示者之共振氣體感測器偵測分析物時所產生的實例圖譜的時間演化，但此實例中之系統使用分開的虛擬網路分析器而非積體微處理器。此實例中之共振氣體感測器含有表面上沉積二氧化矽之紙基板及並聯連接之印刷之螺旋轉換器與電容元件。該電容元件含有感測材料，其具有本文所述之顆粒碳及含有PEUT之反應性化學添加劑。此實例中之分析物為與丙酮及水混合之異丙醇。圖12A、12B及12C分別顯示約1-2秒、約15秒及約30秒後自電路反射之信號(亦即S11)。在任一分析物不存在下，信號為在0 dB沒有特徵之平整線。圖12A顯示一些證據表明分析物僅在約1-2秒後存在。因此，此實例中共振氣體感測器之設計及材料使得能夠快速偵測分析物。圖12C顯示代表所偵測到之分析物的多個峰，且說明此類型共振氣體感測器能夠識別分析物物種(例如藉由將偵測到之圖譜與儲存文庫中者進行比較)。
上述共振氣體感測器所使用之AC信號含有一組頻率(例如在1 MHz至20 GHz範圍內)且可改變施加信號之方法。舉例而言，可連續或以不同時間間隔定期進行單一頻率掃描(例如每1秒、10秒、1分鐘、10分鐘一次，或1小時一次)。在一些狀況下，具有不同解析度(亦即一個範圍內不同頻率之間的頻率間隔)之不同掃描可以不同時間間隔進行。
在一個非限制性實例中，進行第一粗掃描隨後進行標靶掃描。將不同頻率供應至共振氣體感測器之其他類似方法在不同實施例中亦為可能的。在此實例中，藉由微處理器執行頻率範圍之第一快速/粗掃描，且偵測到峰。在第一粗掃描後，微處理器可將共振感測器驅動至峰且圍繞峰高頻脈動以更精確地確定峰頻率及相對強度值。確定之峰值可與可能分析物之文庫進行比較，且在一些狀況下，若文庫指示可能的匹配，則微處理器可用於在可能分析物之圖譜中掃描至第二峰以獲得第二指標作為減少假陽性數目之檢驗。使用積體微處理器(例如如圖11A、11C、11D或11F中所示)或與遠程處理器及/或資料庫通信將峰值(及/或所量測到之圖譜的其他特徵)與可能分析物之文庫進行比較。此類含有第一粗掃描隨後標靶的後來高頻脈動掃描之方法可有利於在一大組可能分析物共振頻率下以比進行精細掃描更低的功率需求提供高偵測精度。為進一步節省功率，可定期進行此類方法(例如每1秒、10秒、1分鐘、10分鐘一次，或1小時一次)。在一些實施例中，可藉由對於量測到之分析物濃度以+/- 20%精度水準為目標來放鬆系統要求以進一步節省成本及功率。儘管此類系統不可提供高精度濃度，其可具有低功率要求(例如小於1 nW，或小於1 pW)且具有低生產成本(例如小於1美元/單位，或小於5美元/單位，視系統之複雜性及能夠被偵測分析物的數目而定)，因此仍用於需要指示且偵測分析物且不需要精確濃度量測的許多應用(例如用以偵測郵寄之包裹內部爆炸物的存在，或偵測封裝之食品中食品腐爛的發生)。 化學發光感測器
其他實施例包括如圖13中所示之化學發光感測器。感測器900包括印刷於基板950上之化學發光複合材料910。材料910包括系栓至基於石墨烯之材料918的發光染料材料915，其中染料材料基於對於特定標靶化學分子為受體來選擇。在一些實施例中，基於石墨烯之材料918包含於本文所述之顆粒碳內。藉由在染料吸收光譜中之波長位移來指示偵測到標靶化學品之各官能基。由於電子轉移，存在染料結構及激發能量之變化。換言之，由於存在供電子及吸電子基，染料之電子態改變，引起顏色及波長的變化。用於發光染料之一些非限制性實例化合物包括例如Ru(Bpy)3，或其類似物；或Au、Cu或Ag吡唑特(pyrazolyte)。舉例而言，與金屬有機發光材料接觸之過氧化酶或化學蒸氣可配位，導致可視覺上觀察到之波長位移。在一些狀況下，諸如氧化石墨烯之染料敏化石墨烯薄片為羧基官能化的。由於本文所述之顆粒碳的高表面積及有利結構，複合材料提供一種導致比習知化學發光感測器高的靈敏度的結構。 感測器系統
圖14顯示感測器系統701之非限制性實例實施例，其中多個個別氣體感測器用於偵測一或多種化合物(亦即各種分析物)。感測器系統701包括用於偵測第一標靶化學品之第一感測器700a，及用於偵測第二標靶化學品之第二感測器700b。在此實施例中，第一感測器700a及第二感測器700b為電化學感測器，但亦可使用本文所述之其他類型的感測器。舉例而言，感測器系統之氣體感測器可為電化學、高頻、共振、化學發光的，或此等之組合。在一些狀況下，第一感測器700a及第二感測器700b印刷於同一基板750上，諸如標籤。各感測器700a/b可包括第一電極710a/b、第二電極711a/b及電解液720a/b，其中組件包括如關於圖7所述之顆粒碳及氧化還原介體。儘管感測器700a及700b顯示於此實例中，亦可包括多於兩個感測器。在一些實施例中，可使用一系列感測器以增加功能，諸如偵測多種氣體之能力，減掉水分之背景水準及/或改良對分析物之靈敏度。此外，可包括其他諸如IR感測器之非印刷感測器。作為一個實例，可包括IR感測器以偵測NO2 基。
指示器760經由電路系統(未圖示)耦接至感測器700a及700b，其中感測器700a及700b必須正向感測偵測到其標靶化學品以使指示器760待活化。所有存在的個別標靶物質之組合指示存在特定化合物。可使用之指示器760的類型包括光學指示器(例如發光二極體)、聲音輸出或諸如文字或圖像讀出之視覺顯示。在其他實施例中，指示器760可為感測器器件之部分，諸如若個別感測器自身可經由感測材料之顏色變化或其他指示機制提供偵測的正向指示。感測器系統701代表利用一個器件中存在多個感測器偵測化學品之組合的實施例，以表徵總化合物。存在多個感測器亦可幫助排除假陽性。
在用於在一些實施例中偵測化合物之感測器系統中，感測器系統包括經組態以偵測第一標靶化學品之第一感測器、經組態以偵測不同於該第一標靶化學品的第二標靶化學品之第二感測器及上面印刷第一感測器及第二感測器之基板。指示器在第一感測器正向偵測第一標靶化學品且第二感測器正向偵測第二標靶化學品時指示。
另外，其他組件可與氣體感測器整合以向氣體感測器系統增加功能。含有本發明氣體感測器且亦含有基於顯示器之人/機介面之電活性標籤之一些非限制性實例為展示遙測、Q-碼或條碼及/或圖標的器件。實例方案包括遙測，其中資訊可經更新及/或具有諸如量規之影像；使用數位資料或數字/文字格式的Q-碼(QR碼)或條碼；及用於展示顏色或圖像變化之包裹的圖標。在此等各種方案中，顯示器中之變化，諸如符號或顏色中之變化，或反復變化可用於指示產品的狀況。此等顯示器遙測器件為使用基於微處理器之機器且用戶偵測包裹內之狀況提供關於包裹狀態之內容物資訊的新穎方案。本發明器件亦可視情況包括低功率通信組件(例如直接與其他電子器件通信)。
在一非限制性實例中，紙板運輸箱配備有類似於圖9中所示者的電化學感測器，一種類似於圖11D中所示者的共振感測器，用於驅動感測器且偵測來自感測器之信號的積體微處理器，傳達視覺資訊之顯示器(例如偵測到之分析物物種)及將資訊傳達給其他器件之無線通信晶片(亦即Wi-Fi晶片)。由積體電池給電子器械供電。此實例中之電化學感測器及共振感測器中的感測材料皆印刷且皆含有本文所述之顆粒碳。顆粒碳的有利特性結合感測器設計使得其能夠利用低功率(例如具有0.1微安至5微安之電流)偵測分析物物種。此實例說明利用本文所述之顆粒碳的氣體感測器可使用低成本低功率驅動器/偵測電子器械產生，其可整合成為小封裝。此外，此實例顯示此類低成本印刷氣體感測器亦可與其他諸如顯示器及通信晶片之系統組件整合。 印刷化學感測器
在一些實施例中，氣體感測器組件(例如電極及感測材料)自以碳為主的墨水(例如含有本文所述之顆粒碳)印刷。本發明氣體感測器之電組件可印刷於諸如標籤之背襯材料上，且與基板上之其他硬體組件整合。多於一種感測器可印刷於同一基板上，諸如相同類型之多個感測器或不同類型之感測器(例如電化學、高頻、化學發光)。基板—其亦可稱作背襯材料—之類型包括堅硬或可撓性基板、紙板、標籤或其他用於印刷之材料類型。
在一些實施例中，含有本文所述之顆粒碳的印刷之氣體感測器組件進一步在印刷之後加工以增加印刷組件之傳導率。舉例而言，本文所述之共振氣體感測器的含顆粒碳之電極、轉換器及/或電容元件可進一步在初始印刷之後加工以增加此等印刷組件之傳導率。在一些實施例中，本文所述之轉換器需要高傳導率(例如在不同實施例中大於3500 S/m，或大於5000 S/m，或大於10000 S/m)以表現為有效的轉換器，且在一些狀況下，無需進一步加工使用印刷顆粒碳即可達到此等傳導率。改良印刷顆粒碳材料傳導率之方法的一些非限制性實例為燒結及/或壓延。舉例而言，燒結可使用電漿、雷射或微波能進行。在一些狀況下，燒結加工可局部加熱印刷材料且不實質上影響基板及/或其他下伏材料。在其他實施例中，進行壓延以增加印刷碳材料之傳導率。舉例而言，使用熱輥或配備能源(例如微波能)之輥進行壓延以同時燒結及壓延可增加印刷顆粒碳之傳導率。
在其他實施例中，高傳導率印刷氣體感測器組件可藉由印刷本發明顆粒碳與經添加以增加印刷組件傳導率之其他導電粒子的混合物來形成。舉例而言，本文所述之共振氣體感測器的電極、轉換器及/或電容元件可使用此類混合物來形成。可與本文所述之顆粒碳混合之導電粒子的一些非限制性實例為Ag、Sn及/或Sb粒子。因為顆粒碳向印刷組件提供有利結構(例如高表面積)且導電粒子改良印刷組件之傳導率，所以含有顆粒碳及其他導電粒子之氣體感測器的印刷組件在一些實施例中可為有利的。
器件可經設計以在低功率範圍下操作，諸如0至1伏，或小於100 µW，或小於1 µW。在一些狀況下，低功率消耗因用於印刷組件之以碳為主的材料的高傳導率、高表面積及中孔結構，器件之小尺寸，偵測方法之選擇及視情況可選的顯示技術之選擇而變得可能。總器件架構亦可將低功率技術用於各種系統組件(例如氣體感測器及指示器)。
在一些實施例中，印刷組件由以碳為主的墨水製得且可彼此電耦接及/或電耦接至可安裝於基板上之一或多種其他硬體組件。硬體組件可例如尤其為輸出顯示器、微控制器單元、開關及電容器中之一或多者。諸如藉由處理或顯示來自印刷組件之資料，硬體組件使用儲存於印刷組件中、由印刷組件產生及/或自印刷組件傳達之資訊。本發明器件亦可視情況包括低功率印刷通信組件。
除本文所述之顆粒碳之外，用於印刷組件之各實施例的碳材料的類型可包括但不限於石墨烯、石墨烯類(基於石墨烯之材料)、氧化石墨烯、還原之氧化石墨烯、氧化石墨、石墨夾層化合物、石墨、石墨烷、碳奈米蔥、金剛石、p-型金剛石、n-型金剛石、玻璃碳、無定形碳、活性碳、碳黑及/或碳奈米管、硫基碳(例如硫熔融擴散碳)及具有金屬之碳(例如鎳注入碳、具有銀奈米粒子之碳、具有金屬之石墨烯)。印刷組件可例如藉由網版印刷或噴墨印刷來印刷。
已參考本發明之實施例。每一實例藉由對本發明技術之說明來提供，而非限制本發明技術。實際上，儘管已關於本發明具體實施例描述本說明書，然應瞭解熟習此項技術者在獲得對前述的理解後可以容易地設想此等實施例之變更、變體及等效物。例如，作為一個實施例之部分來說明或描述之特徵可以與另一實施例一起使用以產生又一實施例。因此，本發明標的意欲涵蓋隨附申請專利範圍及其等效物內之所有此類修改及變體。本發明之此等及其他修改及變體可由一般熟習此項技術者在不偏離本發明之範疇的情況下來實踐，本發明之範疇在隨附申請專利範圍中特定陳述。此外，一般熟習此項技術者將會瞭解前述說明僅當作舉例，且不意欲限制本發明。
100‧‧‧化學電阻器 110‧‧‧電極 111‧‧‧電極 120‧‧‧感測材料 160‧‧‧電阻量測值 200‧‧‧習知基於石墨烯之感測器 210‧‧‧第一金屬電極 211‧‧‧第二金屬電極 220‧‧‧通道 230‧‧‧介電材料 310‧‧‧2D-模式峰 320‧‧‧G-模式峰 330‧‧‧D-模式峰 400‧‧‧電化學氣體感測器 410‧‧‧第一電極 411‧‧‧第二電極 420‧‧‧非揮發性電解液 450‧‧‧基板 460‧‧‧信號發生器 470‧‧‧電路元件 600‧‧‧電化學氣體感測器 610‧‧‧第一電極 611‧‧‧第二電極 620‧‧‧電解液 650‧‧‧基板 700a‧‧‧第一感測器 700b‧‧‧第二感測器 701‧‧‧感測器系統 710a‧‧‧第一電極 710b‧‧‧第一電極 711a‧‧‧第二電極 711b‧‧‧第二電極 720a‧‧‧電解液 720b‧‧‧電解液 750‧‧‧基板 760‧‧‧指示器 800‧‧‧化學感測器 810‧‧‧第一電極 811‧‧‧第二電極 820‧‧‧介電質 830‧‧‧AC源 850‧‧‧基板 860‧‧‧電路系統 900‧‧‧感測器 910‧‧‧化學發光複合材料 915‧‧‧發光染料材料 918‧‧‧基於石墨烯之材料 950‧‧‧基板 1100‧‧‧共振氣體感測器 1102‧‧‧共振氣體感測器 1104‧‧‧共振氣體感測器 1106‧‧‧共振氣體感測器 1110‧‧‧基板 1120‧‧‧轉換器 1122‧‧‧轉換器 1130‧‧‧微處理器 1140‧‧‧接地電極 1142‧‧‧第二電連接 1150‧‧‧感測材料 1160‧‧‧電容元件 1162‧‧‧互相交叉電極 1164‧‧‧互相交叉電極 1170‧‧‧插圖 1172‧‧‧顆粒傳導相 1174‧‧‧聚合物黏合劑 1180‧‧‧插圖 1190‧‧‧插圖 1192‧‧‧石墨烯薄片 1194‧‧‧多孔3維結構
圖1(先前技術)為用於化學蒸氣或氣體感測之習知基於石墨烯之感測器的平面圖。
圖2(先前技術)為組態為場效電晶體(FET)之習知基於石墨烯之感測器200的透視圖。
圖3(先前技術)為列出基於石墨烯之習知氣體感測器實例的表。
圖4顯示根據一些實施例之含有石墨烯之顆粒碳的拉曼(Raman)光譜。
圖5A及5B顯示根據一些實施例之來自含有石墨烯之顆粒碳的掃描電子顯微(SEM)圖像。
圖6A及6B顯示根據一些實施例之來自含有石墨烯之顆粒碳的透射電子顯微(TEM)圖像。
圖7為根據一些實施例之電化學氣體感測器的平面示意圖。
圖8為列出可根據一些實施例使用之可能氧化還原介體實例的表。
圖9顯示根據一些實施例之電化學感測器之實例，其中第一電極及第二電極組態為互相交叉手指。
圖10顯示根據一些實施例之化學感測器之實例，其中高頻光譜用作偵測方法。
圖11A顯示根據一些實施例之共振氣體感測器之側面圖及平面圖的非限制性實例。
圖11B顯示根據一些實施例在相關分析物存在下來自共振氣體感測器之響應的實例。
圖11C及11D顯示根據一些實施例之共振氣體感測器之側面圖及平面圖的非限制性實例。
圖11E顯示根據一些實施例之具有含有顆粒碳之感測材料的共振氣體感測器的非限制性實例。
圖11F顯示根據一些實施例之共振氣體感測器之側面圖及平面圖的非限制性實例。
圖12A-12C顯示根據一些實施例之當共振氣體感測器偵測分析物時產生的實例光譜的時間演化。
圖13顯示根據一些實施例之化學發光氣體感測器的非限制性實例。
圖14顯示根據一些實施例之感測器系統之非限制性實例，其中多個個別化學感測器用於偵測分析物。
1110‧‧‧基板
1120‧‧‧轉換器
1150‧‧‧感測材料
1170‧‧‧插圖
1172‧‧‧顆粒傳導相
1174‧‧‧聚合物黏合劑
1180‧‧‧插圖
1190‧‧‧插圖
1192‧‧‧石墨烯薄片
1194‧‧‧多孔3維結構

Claims (20)

  1. 一種偵測分析物之感測器，其包含：可撓性基板；及共振氣體感測器，其包含：排列於該可撓性基板上之轉換器，該轉換器包括第一末端，其經組態以接收來自外部AC源之複數個交流電(AC)信號；電耦接至該轉換器之感測材料，該感測材料包括第一顆粒碳及反應性化學添加劑；及電耦接至該轉換器之第二末端之接地電極。
  2. 如請求項1之感測器，其中該第一顆粒碳包括一或多個碳聚集體，各碳聚集體包含複數個碳奈米粒子。
  3. 如請求項1之感測器，其中該反應性化學添加劑包含氧化還原介體。
  4. 如請求項1之感測器，其中該可撓性基板包含紙或可撓性聚合物。
  5. 請求項1之感測器，其中該感測材料包含在聚合物黏合劑內。
  6. 如請求項1之感測器，其中該反應性化學添加劑係調整適於一或多個分析物。
  7. 如請求項1之感測器，其中該感測器包含印刷出貨標籤或印刷食品包裝標籤。
  8. 如請求項1之感測器，其中該轉換器包含螺旋天線。
  9. 如請求項8之感測器，其中至少一部分的該感測材料安置於該螺旋天線的連續環之間。
  10. 如請求項1之感測器，其進一步包含耦接至該轉換器的電容元件。
  11. 如請求項10之感測器，其中該電容元件及該轉換器包含儲能電路。
  12. 如請求項11之感測器，其中該儲能電路經組態以至少部分地基於該儲能電路之共振頻率中的改變來指示該感測器對該分析物的曝露。
  13. 如請求項10之感測器，其中該電容元件包括一對互相交叉電極。
  14. 如請求項13之感測器，其中至少一部分的該感測材料安置於該互相交叉電極之一或多個手指之間。
  15. 如請求項1之感測器，其中該共振氣體感測器進一步包含偵測組件，該偵測組件經組態以接收自該轉換器反射或傳輸之一或多個AC信號。
  16. 如請求項15之感測器，其中該偵測組件經組態以至少部分地基於該感測材料之複阻抗來指示該感測器對該分析物的曝露。
  17. 如請求項15之感測器，其中該偵測組件經組態以至少部分地基於自該轉換器反射或傳輸之該一或多個AC信號來指示該感測器對該分析物的曝露。
  18. 如請求項17之感測器，其中該偵測組件經組態以至少部分地基於自該轉換器反射或傳輸之該一或多個AC信號之共振頻率來指示該感測器對該分析物的曝露。
  19. 如請求項18之感測器，其中該共振頻率係可指示曝露至該感測器之該分析物的類型。
  20. 如請求項18之感測器，其中該共振頻率係可指示曝露至該感測器之該分析物的濃度。
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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4242649A3 (en) * 2017-05-12 2023-11-15 Carrier Corporation Method for gas testing
US10908108B2 (en) * 2017-08-22 2021-02-02 The Board Of Regents Of The University Of Nebraska Carbon nanostructure based gas sensors and method of making same
US11988628B2 (en) 2018-01-04 2024-05-21 Lyten, Inc. Container including analyte sensing device
US11137368B2 (en) 2018-01-04 2021-10-05 Lyten, Inc. Resonant gas sensor
US11913901B2 (en) 2018-01-04 2024-02-27 Lyten, Inc. Analyte sensing device
JP2019168289A (ja) * 2018-03-22 2019-10-03 株式会社東芝 ガスセンシング方法、ガスセンサ、及びガスセンシングシステム
US10769920B2 (en) 2018-09-22 2020-09-08 Fedex Corporate Services, Inc. Systems, apparatus, and methods for detecting an environmental anomaly and initiating an enhanced automatic response using elements of a wireless node network and using sensor data from ID nodes associated with packages and environmental threshold conditions per package
US11965803B2 (en) 2019-03-27 2024-04-23 Lyten, Inc. Field deployable resonant sensors
US11555761B1 (en) 2019-03-27 2023-01-17 Lyten, Inc. Sensors incorporated into elastomeric components to detect physical characteristic changes
US11719582B2 (en) 2019-03-27 2023-08-08 Lyten, Inc. Sensors incorporated into tire plies to detect reversible deformation and/or temperature changes
US11585731B2 (en) 2019-03-27 2023-02-21 Lyten, Inc. Sensors incorporated into semi-rigid structural members to detect physical characteristic changes
US11555748B2 (en) 2019-03-27 2023-01-17 Lyten, Inc. Sensors incorporated into tire plies to detect reversible deformation and/or temperature changes
US11656070B2 (en) 2019-03-27 2023-05-23 Lyten, Inc. Systems for detecting physical property changes in an elastomeric material
US11592279B2 (en) 2019-03-27 2023-02-28 Lyten, Inc. Sensors incorporated into elastomeric materials to detect environmentally-caused physical characteristic changes
US11635404B2 (en) 2019-04-04 2023-04-25 Battelle Energy Alliance, Llc Methods for manufacturing electrochemical sensors, and related electrochemical sensors
US11761938B2 (en) * 2019-06-21 2023-09-19 General Electric Company Sensing system and method
CN110615401B (zh) * 2019-08-14 2022-07-22 江苏大学 一种基于二维金属薄膜的石墨烯谐振式气体传感器的制备工艺
US11614432B2 (en) * 2019-08-26 2023-03-28 International Business Machines Corporation Adaptive sensor temperature control for fast recovery
EP4107518A4 (en) * 2020-02-20 2024-03-06 Lyten, Inc. ANALYTE COLLECTION DEVICE
TWI747223B (zh) * 2020-04-01 2021-11-21 新唐科技股份有限公司 氣體感測器
IT202000007336A1 (it) * 2020-04-07 2021-10-07 Dg Group S P A Complesso di sensore di gas chemoresistivo
US11988629B2 (en) 2020-06-23 2024-05-21 Lyten, Inc. Method of manufacturing a graphene-based biological field-effect transistor
US20210396708A1 (en) * 2020-06-23 2021-12-23 Lyten, Inc. Methods for detecting analytes using a graphene-based biological field-effect transistor
EP4244607A2 (en) * 2020-11-11 2023-09-20 B.G. Negev Technologies and Applications Ltd., at Ben-Gurion University Device and methods for detecting pathogens
WO2022145335A1 (ja) * 2020-12-28 2022-07-07 国立大学法人 岡山大学 ガスセンサ及びセンサ用回路
WO2022196713A1 (ja) * 2021-03-19 2022-09-22 京セラ株式会社 測定システム、解析プログラムおよび測定方法
US20220390401A1 (en) * 2021-05-11 2022-12-08 International Business Machines Corporation Chemical sensor utilizing electrochemical impedance spectroscopy
CN113588795B (zh) * 2021-06-24 2022-12-02 清华大学 柔性超声面阵的制作方法、柔性超声面阵及超声成像方法
WO2023133530A1 (en) * 2022-01-06 2023-07-13 The Regents Of The University Of California Solid state sensor for touch-based rapid physiological and chemical sensing
CN114527171B (zh) * 2022-02-28 2023-07-04 天津理工大学 一种基于搭桥结构的天线甲烷传感器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201312104A (zh) * 2011-08-11 2013-03-16 3M Innovative Properties Co 使用具有易碎連結之射頻電路的濡濕感測器
TW201527753A (zh) * 2013-10-07 2015-07-16 Cilag Gmbh Int 具有旁通電極之生物感測器
US20170350878A1 (en) * 2011-09-13 2017-12-07 Theranos, Inc. Systems and methods for multi-analysis

Family Cites Families (166)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3706445A (en) 1971-09-30 1972-12-19 Granco Equipment Fume incinerator
DE2621676C3 (de) * 1976-05-15 1979-01-11 Bayer Ag, 5090 Leverkusen Elektrochemischer Gasdetektor zum Nachweis von Gasspuren
US6914556B1 (en) 1977-05-31 2005-07-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for magnetron coherence
US4701317A (en) 1983-06-14 1987-10-20 Director-General Of Agency Of Industrial Science And Technology Highly electroconductive films and process for preparing same
FR2572847B1 (fr) 1984-11-06 1986-12-26 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif d'allumage d'une source d'ions hyperfrequence
US5143709A (en) 1989-06-14 1992-09-01 Temple University Process for production of graphite flakes and films via low temperature pyrolysis
US5211923A (en) 1991-08-01 1993-05-18 University Of Chicago Hydrogen and sulfur recovery from hydrogen sulfide wastes
US5324553A (en) 1993-04-30 1994-06-28 Energy Conversion Devices, Inc. Method for the improved microwave deposition of thin films
US5556475A (en) 1993-06-04 1996-09-17 Applied Science And Technology, Inc. Microwave plasma reactor
CN1112086A (zh) 1993-06-09 1995-11-22 中国科学院山西煤炭化学研究所 高结晶度石墨薄膜材料及其制法
US5515011A (en) 1993-08-02 1996-05-07 Litton Systems Inc. Pulsed magnetron circuit with phase locked loop
JP3287096B2 (ja) * 1993-12-27 2002-05-27 株式会社豊田中央研究所 イオン導電体を用いたガスセンサおよびその製造方法
US5572866A (en) 1994-04-29 1996-11-12 Environmental Thermal Oxidizers, Inc. Pollution abatement incinerator system
GB9414561D0 (en) 1994-07-19 1994-09-07 Ea Tech Ltd Method of and apparatus for microwave-plasma production
GB9423435D0 (en) * 1994-11-19 1995-01-11 Belford Rona E Solid state ion selective sensors: Conductimetric sensors using A.C. impedance and or admittance techniques as an alternative to potentiometric electrodes
KR19990082348A (ko) 1996-02-06 1999-11-25 이.아이,듀우판드네모아앤드캄파니 플라즈마 활성화 종을 갖는 탈집괴 입자의 처리
WO1999012184A2 (en) 1997-09-05 1999-03-11 Alcad Pro, Inc. Microwave power applicator for generating reactive chemical species from gaseous reagent species
US6224736B1 (en) 1998-01-27 2001-05-01 Canon Kabushiki Kaisha Apparatus and method for forming thin film of zinc oxide
US6019284A (en) 1998-01-27 2000-02-01 Viztec Inc. Flexible chip card with display
US6340912B1 (en) 1998-07-02 2002-01-22 Raytheon Company Solid state magnetron switcher
US6383301B1 (en) 1998-08-04 2002-05-07 E. I. Du Pont De Nemours And Company Treatment of deagglomerated particles with plasma-activated species
WO2000014518A1 (en) 1998-09-04 2000-03-16 Ceramem Corporation Simple particulate emissions measuring instrument, system and method
JP4107736B2 (ja) 1998-11-16 2008-06-25 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
AU2295100A (en) 1999-07-29 2001-02-19 David Systems Technology S.L. Plasma transformer for the transformation of fossil fuels into hydrogen-rich gas
JP2001220114A (ja) 2000-02-14 2001-08-14 Tokai Carbon Co Ltd 球状炭素微粒子
DE10011562C2 (de) * 2000-03-09 2003-05-22 Daimler Chrysler Ag Gassensor
FR2815888B1 (fr) 2000-10-27 2003-05-30 Air Liquide Dispositif de traitement de gaz par plasma
MXPA03005252A (es) 2000-12-13 2003-09-25 Texaco Development Corp Procesador de combustible compacto de camara sencilla.
JP4595276B2 (ja) 2000-12-25 2010-12-08 東洋製罐株式会社 マイクロ波プラズマ処理方法及び装置
US7622693B2 (en) 2001-07-16 2009-11-24 Foret Plasma Labs, Llc Plasma whirl reactor apparatus and methods of use
CA2466953A1 (en) 2001-11-14 2003-08-14 Blacklight Power, Inc. Hydrogen power, plasma, and reactor for lasing, and power conversion
US20040265211A1 (en) 2001-12-14 2004-12-30 Dillon Anne C. Hot wire production of single-wall carbon nanotubes
CA2365785A1 (en) 2001-12-19 2003-06-19 Louis Obidniak Pyrolysis system
US8152991B2 (en) * 2005-10-27 2012-04-10 Nanomix, Inc. Ammonia nanosensors, and environmental control system
US20070048181A1 (en) * 2002-09-05 2007-03-01 Chang Daniel M Carbon dioxide nanosensor, and respiratory CO2 monitors
US7204425B2 (en) 2002-03-18 2007-04-17 Precision Dynamics Corporation Enhanced identification appliance
JP4020679B2 (ja) 2002-04-09 2007-12-12 シャープ株式会社 プラズマプロセス装置
AU2003245264A1 (en) 2002-05-08 2003-11-11 Dana Corporation Plasma-assisted joining
US7497922B2 (en) 2002-05-08 2009-03-03 Btu International, Inc. Plasma-assisted gas production
US7948041B2 (en) * 2005-05-19 2011-05-24 Nanomix, Inc. Sensor having a thin-film inhibition layer
JP2006501980A (ja) 2002-07-23 2006-01-19 イープラス ゲーエムベーハー ガス反応を実行するためのプラズマ反応器およびプラズマ支援ガス反応の方法
US6805779B2 (en) 2003-03-21 2004-10-19 Zond, Inc. Plasma generation using multi-step ionization
JP2004323345A (ja) 2003-04-07 2004-11-18 Mitsubishi Chemicals Corp 炭素粒子およびその製造方法
CA2522506A1 (en) 2003-04-15 2004-10-28 Blacklight Power, Inc. Plasma reactor and process for producing lower-energy hydrogen species
US6942719B2 (en) 2003-06-30 2005-09-13 The Boeing Company Methods and systems for pressure swing regeneration for hydrogen generation
US20050003247A1 (en) 2003-07-01 2005-01-06 Ai-Quoc Pham Co-production of hydrogen and electricity using pyrolysis and fuel cells
DE10330742A1 (de) * 2003-07-07 2005-01-27 Daimlerchrysler Ag Abgassensor zur Detektion einer Gaskomponente im Abgas einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors
KR100583500B1 (ko) 2003-11-14 2006-05-24 한국가스공사 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 이용한 카본블랙 및수소의 제조공정
US20050163696A1 (en) 2004-01-28 2005-07-28 Uhm Han S. Synthesis of carbon nanotubes by making use of microwave plasma torch
JP2005235464A (ja) 2004-02-17 2005-09-02 Toshio Goto プラズマ発生装置
JP4716457B2 (ja) 2004-03-19 2011-07-06 独立行政法人科学技術振興機構 マイクロ波プラズマ滅菌装置およびそれを用いた滅菌方法
JP4204505B2 (ja) 2004-03-31 2009-01-07 日本高周波株式会社 マグネトロン発振装置
US8052932B2 (en) * 2006-12-22 2011-11-08 Research Triangle Institute Polymer nanofiber-based electronic nose
US20160195488A1 (en) * 2004-04-08 2016-07-07 Research Triangle Institute An encased polymer nanofiber-based electronic nose
JP4693470B2 (ja) 2004-04-12 2011-06-01 三星エスディアイ株式会社 リチウム二次電池用負極活物質、及びこれを含む負極、及びリチウム二次電池
US7739029B2 (en) 2004-09-08 2010-06-15 Aisin Aw Co., Ltd. Navigation apparatus and method with traffic ranking and display
GB2442990A (en) 2004-10-04 2008-04-23 C Tech Innovation Ltd Microwave plasma apparatus
FR2880236B1 (fr) 2004-12-23 2007-03-30 Air Liquide Excitateurs de plasmas micro-ondes
JP4718189B2 (ja) 2005-01-07 2011-07-06 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法
PL1623957T3 (pl) 2005-02-10 2008-06-30 Bestrong Int Ltd Sposób i urządzenie do wytwarzania wodoru
US20060185595A1 (en) 2005-02-23 2006-08-24 Coll Bernard F Apparatus and process for carbon nanotube growth
US7776269B2 (en) * 2005-03-15 2010-08-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Capacitive based sensing of molecular adsorbates on the surface of single wall nanotubes
US7821794B2 (en) 2005-04-11 2010-10-26 Aveso, Inc. Layered label structure with timer
EP1712522A1 (en) 2005-04-14 2006-10-18 Robert Prof. Dr. Schlögl Nanosized carbon material-activated carbon composite
US7400253B2 (en) 2005-08-04 2008-07-15 Mhcmos, Llc Harvesting ambient radio frequency electromagnetic energy for powering wireless electronic devices, sensors and sensor networks and applications thereof
CN100352793C (zh) 2006-01-20 2007-12-05 杨鸿生 用于以天然气制乙烯的槽波导微波化学反应设备及制备方法
US8075869B2 (en) 2007-01-24 2011-12-13 Eden Energy Ltd. Method and system for producing a hydrogen enriched fuel using microwave assisted methane decomposition on catalyst
US8690975B2 (en) 2007-02-27 2014-04-08 Plasco Energy Group Inc. Gasification system with processed feedstock/char conversion and gas reformulation
FI120450B (fi) 2007-03-21 2009-10-30 Beneq Oy Laite nanoputkien tuottamiseksi
DE602008005858D1 (de) 2008-03-20 2011-05-12 Univ Ruhr Bochum Verfahren zur Steuerung der Ionenenergie in Radiofrequenzplasmen
US8024279B2 (en) * 2008-06-30 2011-09-20 Nokia Corporation Resonator
US9471862B2 (en) 2010-12-30 2016-10-18 Chromera, Inc. Intelligent label device and method
US8114375B2 (en) 2008-09-03 2012-02-14 Nanotek Instruments, Inc. Process for producing dispersible nano graphene platelets from oxidized graphite
US8216541B2 (en) 2008-09-03 2012-07-10 Nanotek Instruments, Inc. Process for producing dispersible and conductive nano graphene platelets from non-oxidized graphitic materials
US8159347B2 (en) * 2008-09-25 2012-04-17 General Electric Company Sensors having gap based sensing devices and methods of making and using the same
US8508193B2 (en) 2008-10-08 2013-08-13 Infinite Power Solutions, Inc. Environmentally-powered wireless sensor module
CN103926306B (zh) 2008-12-01 2017-05-10 Msa欧洲有限责任公司 具有离子液体电解质系统的电化学气体传感器
US8821745B2 (en) 2008-12-23 2014-09-02 The Trustees Of The University Of Pennsylvania High yield preparation of macroscopic graphene oxide membranes
GB0902784D0 (en) 2009-02-19 2009-04-08 Gasplas As Plasma reactor
WO2010111624A1 (en) 2009-03-26 2010-09-30 Northeastern University Carbon nanostructures from pyrolysis of organic materials
JP2011034795A (ja) 2009-07-31 2011-02-17 Hitachi Ltd マイクロ波電磁界照射装置
US9545609B2 (en) 2009-08-13 2017-01-17 Tekgar, Llv Pyrolysis oil made with a microwave-transparent reaction chamber for production of fuel from an organic-carbon-containing feedstock
CN101993060A (zh) 2009-08-19 2011-03-30 中国科学院金属研究所 一种具有优异导电性和热稳定性的石墨烯的大量制备方法
US20120258374A1 (en) 2009-09-10 2012-10-11 The University Western Australia Process for Producing Hydrogen from Hydrocarbons
US8736425B2 (en) * 2009-10-30 2014-05-27 General Electric Company Method and system for performance enhancement of resonant sensors
CN102985815B (zh) * 2010-07-09 2017-03-15 英派尔科技开发有限公司 使用纳米管的谐振气体传感器
US8691441B2 (en) 2010-09-07 2014-04-08 Nanotek Instruments, Inc. Graphene-enhanced cathode materials for lithium batteries
US20130040397A1 (en) * 2010-10-01 2013-02-14 Alexander Star Detection of hydrogen sulfide gas using carbon nanotube-based chemical sensors
CN101997120A (zh) 2010-10-09 2011-03-30 深圳市贝特瑞纳米科技有限公司 锂离子电池导电添加剂及其制备方法
US8972204B2 (en) * 2010-11-01 2015-03-03 Atmospheric Sensors Ltd. Gas discriminating semiconductor sensors
US8542023B2 (en) * 2010-11-09 2013-09-24 General Electric Company Highly selective chemical and biological sensors
TWI465158B (zh) 2011-01-12 2014-12-11 Ind Tech Res Inst 微波電漿激發裝置
JP5686418B2 (ja) 2011-02-10 2015-03-18 独立行政法人産業技術総合研究所 グラフェンの製造方法、グラフェン及び金属製基材
CN102674321B (zh) 2011-03-10 2015-02-25 中国科学院金属研究所 一种具有三维全连通网络的石墨烯泡沫及其宏量制备方法
CN103262663B (zh) 2011-04-28 2016-12-14 住友理工株式会社 微波等离子体生成装置和采用该装置的磁控溅射成膜装置
CN102757038B (zh) 2011-04-28 2014-02-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种制备石墨烯的方法
GB2490355B (en) 2011-04-28 2015-10-14 Gasplas As Method for processing a gas and a device for performing the method
US8808507B2 (en) 2011-08-02 2014-08-19 Scandinavian Biofuel Company As Microwave assisted flash pyrolysis system and method using the same
CN102502597B (zh) 2011-10-20 2013-06-26 中国科学院化学研究所 石墨烯及其制备方法
WO2013064157A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-10 Danmarks Tekniske Universitet Resonant fiber based aerosol particle sensor and method
US9038443B1 (en) * 2011-12-14 2015-05-26 Maria Esther Pace Microfabricated resonant fluid density and viscosity sensor
US9743357B2 (en) 2011-12-16 2017-08-22 Joseph Akwo Tabe Energy harvesting computer device in association with a communication device configured with apparatus for boosting signal reception
US9862892B2 (en) 2012-02-21 2018-01-09 Battelle Memorial Institute Heavy fossil hydrocarbon conversion and upgrading using radio-frequency or microwave energy
US9059466B2 (en) 2012-03-22 2015-06-16 Chun-Chieh Chang Direct synthesis of lithium ion battery electrode materials using graphene treated raw materials as the reactant
US8968588B2 (en) 2012-03-30 2015-03-03 Tokyo Electron Limited Low electron temperature microwave surface-wave plasma (SWP) processing method and apparatus
ES2784611T3 (es) 2012-09-04 2020-09-29 Joanneum Res Forschungsgmbh Lámina piezoeléctrica impresa de detección de presión
TWI638770B (zh) 2012-09-18 2018-10-21 美商艾克頌美孚上游研究公司 用於製造碳同素異形體之反應器系統
EP2719270A1 (de) 2012-10-11 2014-04-16 BYK-Chemie GmbH Beschichtungszusammensetzung und deren Verwendung
US10168315B2 (en) * 2012-10-29 2019-01-01 Technion Research & Development Foundation Ltd. Sensor technology for diagnosing tuberculosis
GB2514312B (en) 2012-12-13 2016-08-31 Future Blends Ltd Filter and process for producing liquid products from biomass pyrolysis products
US20150323482A1 (en) 2012-12-28 2015-11-12 The University Of Tokyo Gas sensor and gas sensor structural body
US10031097B1 (en) * 2013-03-05 2018-07-24 The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Electrical response using nanotubes on a fibrous substrate
JP5725574B2 (ja) 2013-03-05 2015-05-27 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波導波装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US9678036B2 (en) * 2013-03-15 2017-06-13 The Regents Of The University Of California Graphene-based gas and bio sensor with high sensitivity and selectivity
US9427821B2 (en) 2013-03-15 2016-08-30 Agilent Technologies, Inc. Integrated magnetron plasma torch, and related methods
WO2014169195A1 (en) * 2013-04-12 2014-10-16 Cornell University Carbon-sulfur based core-shell materials compositions, methods and applications
US9425765B2 (en) * 2013-04-22 2016-08-23 Northeastern University Nano- and micro-electromechanical resonators
US9366651B2 (en) * 2013-07-03 2016-06-14 Matrix Sensors, Inc. Array of sensors with surface modifications
US9564630B2 (en) 2013-08-08 2017-02-07 Nantek Instuments, Inc. Anode active material-coated graphene sheets for lithium batteries and process for producing same
WO2015030528A1 (ko) * 2013-08-30 2015-03-05 에스케이이노베이션 주식회사 가스센서 및 그 제조방법
DE102013014995A1 (de) 2013-09-09 2015-03-26 Dräger Safety AG & Co. KGaA Flüssiger Elektrolyt für einen elektrochemischen Gassensor
DE102013016660A1 (de) 2013-10-09 2015-04-09 Ralf Spitzl Verfahren und Vorrichtung zur plasmakatalytischen Umsetzung von Stoffen
GB201321429D0 (en) * 2013-12-04 2014-01-15 Isis Innovation Sensor
JP6003928B2 (ja) * 2014-03-04 2016-10-05 株式会社デンソー ガスセンサ素子とその製造方法並びにガスセンサ
GB201405614D0 (en) 2014-03-28 2014-05-14 Perpetuus Res & Dev Ltd Particles
WO2015157280A1 (en) 2014-04-07 2015-10-15 Rutgers, The State University Of New Jersey Eco-friendly production of highly-conductive and clean graphene dispersions
CN103935989A (zh) 2014-04-09 2014-07-23 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种可燃溶剂还原制备石墨烯的方法
EP3152346A4 (en) 2014-06-06 2018-03-28 NanoXplore Inc. Large scale production of thinned graphite, graphene, and graphite-graphene composites
US20170181669A1 (en) * 2014-06-12 2017-06-29 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Graphene-based nanosensor for identifying target analytes
US20170350882A1 (en) * 2014-06-12 2017-12-07 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Graphene-based nanosensor for identifying target analytes
GB201410639D0 (en) 2014-06-13 2014-07-30 Fgv Cambridge Nanosystems Ltd Apparatus and method for plasma synthesis of graphitic products including graphene
GB201410703D0 (en) 2014-06-16 2014-07-30 Element Six Technologies Ltd A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material
EP3157864B1 (en) 2014-06-20 2021-04-07 Directa Plus S.p.A. Continuous process for preparing pristine graphene nanoplatelets
DE102014212282B4 (de) * 2014-06-26 2023-11-09 Infineon Technologies Ag Graphen-Gassensor zur Messung der Konzentration von Kohlendioxid in Gasumgebungen
CN104058396A (zh) 2014-07-14 2014-09-24 复旦大学 一种层数可控的大尺寸、高质量石墨烯制备方法
US9742001B2 (en) 2014-08-07 2017-08-22 Nanotek Instruments, Inc. Graphene foam-protected anode active materials for lithium batteries
US20160091447A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 Electronics And Telecommunications Research Institute Gas sensor apparatus
CN107407655A (zh) * 2014-10-31 2017-11-28 南洋理工大学 含有铜基掺杂剂的氧化铟纳米线、其形成方法和含有该氧化铟纳米线的气体传感器及形成多个含有金属酞菁的纳米线的方法、纳米线装置和含有多个金属酞菁纳米线的气体传感器
AT516556B1 (de) * 2014-12-03 2017-11-15 Dipl Ing Niedermayer Alexander Messsystem mit resonanten Sensoren und Verfahren zum Betrieb eines Resonators
US10465244B2 (en) * 2014-12-17 2019-11-05 Universiti Brunei Darussalam Electrochemical DNA biosensor using graphene biochip for species identification
US9935370B2 (en) 2014-12-23 2018-04-03 Palo Alto Research Center Incorporated Multiband radio frequency (RF) energy harvesting with scalable antenna
US9678030B2 (en) * 2014-12-30 2017-06-13 General Electricity Company Materials and sensors for detecting gaseous agents
CN104528690B (zh) 2015-01-13 2016-08-17 苏州高通新材料科技有限公司 表面覆有石墨烯的多孔碳微球、其制备方法及应用
EP3253827B1 (en) 2015-02-03 2024-04-03 Monolith Materials, Inc. Carbon black generating system
CN104677879B (zh) 2015-02-11 2017-06-20 中国科学院金属研究所 一种基于半导体性单壁碳纳米管的柔性、透明气体传感器
JP6439546B2 (ja) * 2015-03-31 2018-12-19 富士通株式会社 ガスセンサ及びその製造方法
CN107709979B (zh) * 2015-06-30 2020-07-07 富士通株式会社 气体传感器及其使用方法
US20170096341A1 (en) 2015-10-01 2017-04-06 Shandong Yuhuang New Energy Tethnology Co., Ltd Method of mass producing few-layer graohene powders
EP3160216A1 (en) 2015-10-21 2017-04-26 Nxp B.V. Textile-based antenna system and energy harvesting system
KR101783882B1 (ko) * 2016-02-15 2017-11-06 한화테크윈 주식회사 에칭 장치 및 에칭 방법과, 그 에칭 방법에 의해 에칭된 플렉서블 필름
WO2017149498A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-08 King Abdullah University Of Science And Technology Graphene based humidity-insensitive films
EP3223005A1 (en) * 2016-03-22 2017-09-27 Alphasense Limited Electrochemical gas sensing apparatus and methods
US9869651B2 (en) * 2016-04-29 2018-01-16 Board Of Regents, The University Of Texas System Enhanced sensitivity of graphene gas sensors using molecular doping
US10697918B2 (en) * 2016-05-04 2020-06-30 Massachusetts Institute Of Technology Polymer / single-walled carbon nanotube composite for gas detection
KR101824800B1 (ko) * 2016-05-09 2018-02-01 성균관대학교산학협력단 정전기 효과를 이용한 그래핀 터치 감지 센서 및 이의 제조 방법
US9824252B1 (en) 2016-05-13 2017-11-21 Xerox Corporation Chemical sensors based on chipless radio frequency identification (RFID) architectures
DE102016110786A1 (de) * 2016-06-13 2017-12-14 Infineon Technologies Ag Gassensor, Feuchtigkeitssensor und Verfahren zum Ausbilden einer Sensorschicht
KR101817334B1 (ko) * 2016-09-01 2018-01-10 연세대학교 산학협력단 탄소나노소재 기반 고습 환경에서 극민감한 가스 센서
BR112019006930A2 (pt) * 2016-10-05 2019-07-02 Abbott Lab dispositivos e métodos para análise de amostra
US9767992B1 (en) 2017-02-09 2017-09-19 Lyten, Inc. Microwave chemical processing reactor
US9862606B1 (en) 2017-03-27 2018-01-09 Lyten, Inc. Carbon allotropes
US9862602B1 (en) 2017-03-27 2018-01-09 Lyten, Inc. Cracking of a process gas
WO2019067488A1 (en) * 2017-09-26 2019-04-04 Board Of Regents, The University Of Texas System GRAPHENE MICRO-ELECTROMECHANICAL SYSTEM (MEMS) RESISTANT GAS SENSOR
US11099076B2 (en) * 2018-03-08 2021-08-24 University Of Oregon Graphene nanomechanical radiation detector
US10580924B2 (en) * 2018-04-04 2020-03-03 The Florida International University Board Of Trustees Graphene devices for terahertz detection and emission
JP6926041B2 (ja) * 2018-09-12 2021-08-25 株式会社東芝 ケミカルセンサ及び標的物質検出方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201312104A (zh) * 2011-08-11 2013-03-16 3M Innovative Properties Co 使用具有易碎連結之射頻電路的濡濕感測器
US20170350878A1 (en) * 2011-09-13 2017-12-07 Theranos, Inc. Systems and methods for multi-analysis
TW201527753A (zh) * 2013-10-07 2015-07-16 Cilag Gmbh Int 具有旁通電極之生物感測器

Also Published As

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