過去幾十年里，氣體傳感器發(fā)展迅速，在許多領(lǐng)域中發(fā)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、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。
以往關(guān)于聲表面波氣體傳感器的研究主要集中在穩(wěn)態(tài)響應(yīng)機理方面，即在達到長時間穩(wěn)定狀態(tài)后，待測氣體濃度與傳感器輸出之間的關(guān)系。而對于傳感器的實時響應(yīng)，目前仍缺乏一種直觀的仿真模型。
為了描述聲表面波氣體傳感器的實時響應(yīng)機制，近，中國科學院聲學研究所超聲技術(shù)中心博士生齊曉琳及其導師劉建生、研究員何世堂等人建立了仿真模型，有助于直觀分析影響傳感器響應(yīng)的因素并優(yōu)化傳感器參數(shù)。相關(guān)研究成果已發(fā)表于學術(shù)期刊Japanese Journal of Applied Physics。
研究人員基于微擾理論、朗繆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(zhì)量負載之間的正比關(guān)系，采用朗繆爾方程和基本傳輸方程描述氣體在敏感膜上的吸附-解吸行為，并利用有限元軟件COMSOL得到了質(zhì)量負載曲線。
研究人員將制備的氧化鋅量子點作為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(jié)果表明該氣體傳感器具有周期性，頻率響應(yīng)仿真曲線與實驗結(jié)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。
在后續(xù)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(yīng)的因素，并對傳感器進行優(yōu)化設(shè)計。
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