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研究人員提出聲表面波氣體傳感器實時響應仿真模型
2019/03/22 | 作者:超声技术中心 齐晓琳 | 【 【打印】【關閉】

  過去幾十年裏,氣體傳感器發展迅速,在許多領域中發揮了重要的作用。其中,聲表面波氣體傳感器因其靈敏度高、幾何尺寸小、裝置相對簡單、生産成本低等優點得到廣泛應用。

  以往關于聲表面波氣體傳感器的研究主要集中在穩態響應機理方面,即在達到長時間穩定狀態後,待測氣體濃度與傳感器輸出之間的關系。而對于傳感器的實時響應,目前仍缺乏一種直觀的仿真模型。

  爲了描述聲表面波氣體傳感器的實時響應機制,最近,中科院聲學所超聲技術中心博士生齊曉琳及其導師劉建生副研究員、何世堂研究員等人建立了仿真模型,有助于直觀分析影響傳感器響應的因素並優化傳感器參數。相關研究成果已發表于國際學術期刊 Japanese Journal of Applied Physics

  研究人員基于微擾理論、朗缪爾方程和基本傳輸方程建立模型。利用微擾理論描述傳感器輸出與表面質量負載之間的正比關系,采用朗缪爾方程和基本傳輸方程描述氣體在敏感膜上的吸附-解吸行爲,並利用有限元軟件COMSOL得到了質量負載曲線。

  研究人員將制備的氧化鋅量子點作爲聲表面波氣體傳感器的敏感膜,開展了吸附和解吸附磷酸二甲酯氣體的實驗。實驗結果表明該氣體傳感器具有周期性,頻率響應仿真曲線與實驗結果吻合良好。

  這種對氣體在聲表面波敏感膜上吸附-解吸的實驗也適用于其他類型的聲表面波氣體傳感器,有利于制作性能更高的聲表面波氣體傳感器。

  在後續研究中,研究人員將利用該模型分析影響聲表面波氣體傳感器響應的因素,並對傳感器進行優化設計。

  

  圖1 三維氣室與二維模型的關系(圖/中科院聲學所)

  

  圖2 聲表面波氣體傳感器質量負載曲線與頻率偏移曲線對比(圖/中科院聲學所)

  關鍵詞:

  聲表面波;氣體傳感器;實時響應機理

  參考文獻:

  QI Xiaolin, LIU Jiansheng, LIANG Yong, LI Junhong, HE Shitang. The response mechanism of surface acoustic wave gas sensors in real time. Japanese Journal of Applied Physics, 2019, 58(1): 014001. DOI: 10.7567/1347-4065/aat223.

  論文鏈接:https://doi.org/10.7567/1347-4065/aaf223

 
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