聲學所建立聲表面波氣體傳感器實時響應仿真模型

  過去幾十年里，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、生產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后，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。
 

　　為了描述聲表面波氣體傳感器的實時響應機制，近，中國科學院聲學研究所超聲技術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的因素并優化傳感器參數。相關研究成果已發表于學術期刊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量負載之間的正比關系，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。
 

　　在后續研究中，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，并對傳感器進行優化設計。