double arrow

Сенсоры на основе акустоволновых устройств


Для создания матричных сенсоров используются два типа акустоволновых устройств: кварцеые микровесы и ПАВ-резонатор (ПАВ – поверхностная акустическая волна). Одним из наиболее перспективных направлений в разработке химических сенсоров является создание устройств на поверхностно-акустических волнах (ПАВ). ПАВ устройства привлекательны для применения в качестве химических микросенсоров в силу своей чувствительности, малого размера и дешевизны изготовления на основе технологии микроэлектроники. Так же преимуществом ПАВ сенсоров является высокая чувствительность скорости распространения поверхностно-акустической волны к любым изменениям свойств поверхностного материала. Это объясняется тем, что чувствительность таких сенсоров растет пропорционально квадрату рабочей частоты прибора, а охватываемый диапазон рабочих частот изменяется от десятков мегагерц до нескольких гигагерц. В своей основной форме химический микросенсор представляет собой, по меньшей мере, два элемента: миниатюрную подложку и химически селективное покрытие. Подложка имеет контакт с покрытием и обеспечивает возникновение электрического сигнала, чьи характеристики отражают состояние покрытия. Покрытие имеет контакт со средой, содержащей химическое вещество, которое должно быть обнаружено. Различия в свойствах покрытия, посредством которых происходят те или иные химические взаимодействия, обеспечивают перенос вещества или энергии через подложку. Возникновение акустической волны достигается использованием ПАВ покрытия, линии задержки и колебательного контура. При адсорбции чувствительным покрытием определяемых веществ, происходит изменение характеристик поверхностно-акустической волны, таких как фазовая скорость, амплитуда и частота. Происходит это вследствие изменения упругих свойств чувствительного слоя и его электропроводности. По этим изменениям можно судить о концентрации примеси в среде. ПАВ микросенсор представляет собой тонкую пластинку из отполированного пьезоэлектрического материала (например, кварца, ниобата лития или танталата лития), на которую нанесены две системы встречно-штырьевых преобразователей (ВШП), одна из которых работает в качестве передающего преобразователя, а вторая является принимающим преобразователем. Края на обоих концах пластинки искажаются или нагружаются абсорбционной резиной для подавления отражения в направлении распространения первичной волны. Если на одну из систем ВШП подается высокочастотное напряжение, то на поверхности пластинки за счет обратного пьезоэффекта генерируется поверхностно-акустическая волна. Эта волна затем распространяется вдоль поверхности пластинки до тех пор, пока не попадет на другую систему ВШП, где она преобразуется обратно в высокочастотное напряжение.Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что для получения матричного сенсора на основе ПАВ-резонаторов достаточно у стандартного резонатора менять тип чувствительного покрытия, получая, таким образом, набор из различных сенсорных элементов. Сенсоры на основе ПАВ-резонаторов обладают наилучшей чувствительностью из всех типов сенсоров, для некоторых аналитов она достигает 2 – 10 ppm.








Сейчас читают про: