Kémiai érzékelők Előadás a BME Vegyészmérnöki Karának Fizikai Kémia-, Általános és Analitikai Kémia-, valamint Műanyag és Gumiipari Tanszéke által a Magyar Tudományos Akadémia Kémia Kutatóközpontjával és a Bay Zoltán “Anyagtudományi és Technológiai Intézet”-ével együttműködve szervezett S Z E N Z O R O K II. téli iskoláján dr. Mizsei János BME-EET
Témák: Eszközök és határfelületek (áttekintés) Ion-érzékeny MOS szerkezetek Gáz-érzékeny MOS szerkezetek Gáz-érzékeny ellenállások Szelektivitás Jobb-e, ha szelektívebb ? Szagképek Intelligens érzékelők (smart sensors)
Kétfrontos megközelítés Érzékelők, a határfelületek oldaláról: gáz-szilárdtest folyadék-szilárdtest Érzékelők, eszköz oldalról: aktív eszközök (dióda, tranzisztor) ellenállás (konduktometria) kapacitás (dielektrometria) induktivitás
Gáz-szilárdtest határfelületek Adszorpció Deszorpció Adszorpciós izotermák -----> statikus karakterisztikák
Gáz-szilárdtest határfelületek Az adszorpció és a deszorpció sebessége eltér: dinamikus karakterisztika
Folyadék-szilárdtest határfelület Polarizálható (ideális: kapacitív) Nem polarizálható (ideális: ohmos) Nernst egyenlet és változatai Specifikus bevonatok ionszelektiv (pH, pNa, pK…) gén-antigén
Érzékelők, eszköz oldalról: (aktív eszközök) Ion-érzékeny MOS tranzisztorok:
Gáz-érzékeny MOS szerkezetek Adszorpció (specifikus) Kilépési munka megváltozás a szigetelő-vezérlőelektród határfelületen (FET, MOS kapacitás)
Érzékelők, eszköz oldalról: (stabil: eszköz, célzottan instabil: szenzor) Ellenállás (konduktometria) félvezetők ---> érzékenyek, okkal Kapacitás (dielektrometria) változás a dielektrikumban változás az elektródákon Induktivitás: a kémiai-mágneses kölcsönhatások kevéssé intenzívek.
Gáz-érzékeny ellenállások Homogén érzékelők (?) - mikro tartományokban: nem. A rétegkészítési technika katódporlasztás (előnyök, jellegzetességek) hordozó: kerámia, fűtőréteggel anyagok: SnO2 + Pd, Ag, (Au, Ni, W, Pt), többnyire katalitikusan aktív anyagok ultra vékony (nm) rétegben + agglomeráció.
A gázérzékelő konstrukciója
A félvezető gázérzékelők szerkezete: Modellek
SnO2-Pd, SnO2-Ag vékonyrétegek 1ppm H2S 100 ppm H2
SnO2-Pd, SnO2-Ag vékonyrétegek Ro(Pd)=8.273Mohm Ro(Ag)=45.424Mohm Füst mérés /10mg emberi haj/
SnO2-Pd, SnO2-Ag vékonyrétegek Ro(Pd)=5.628Mohm Ro(Ag)=23.146Mohm Füst mérés /10mg fa/
Életközelség Életszerű példa vagy anekdota (Oulu, Bp., Kosztolányi D. tér)
Szelektivitási kérdések, általában Több érzékelőből álló rendszer: mi Több összetevőből álló gerjesztés (az i-edik komponens koncentrációja): pi Az érzékelő rendszer érzékenység-mátrixa: Sjk (izoterma, Nernst kifejezések) Nehézség: Sjk =f(pi)
Szelektivititás, gyakorlati kérdések A szelektivitás mátrix elemeinek befolyásolása: felületi adalékolás különféle hőmérsékletek szűrők, abszorbensek alkalmazása a komponensek egy részének átalakítása (bontása)
Szagképek A téma részletei: térbeli szétválasztás a felület térképezése az adatok kezelése
Intelligens érzékelők Lényege: érzékelő+ jelfeldolgozó. Biológia: szem: retina Tendencia: a számítógép egyre nagyobb része egyre közelebb megy az érzékelő elemhez.
Összefoglaló táblázat
Összefoglaló: amiről szó esett Eszközök és határfelületek A működés alapjelenségei A működés feltételei, technológiai tánclépések Szelektivitás Szagképek, ízképek arról szó lesz később… …és amiről nem...
Köszönet a szervezőknek a meghívásért, a hallgatóságnak pedig a türelméért és figyelméért ! támogatóimnak OTKA, T26609, Oktatási Minisztérium (FKFP 0064/1999, Pr. 502-121), a támogatásért,