首页 理论教育 喷墨打印应用于化学传感器的研究成果

喷墨打印应用于化学传感器的研究成果

时间:2023-10-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:化学传感器在新型MEMS器件的发展和研究中是相当新颖和广泛的领域,这主要受爆炸、化学战、药物滥用、工业废气等对低成本传感器的需求的驱动。毫无疑问,大部分传感器材料是很“敏感”的,这意味着脆弱,以及不能通过光刻的形式完成。另外,因为它们是敏感材料,所以经常在制备的最后一步来完成,所以这些因素都促使微系统化学传感器努力探究使用喷墨打印技术。尽管在图1.3a中是看不见的,30pL的15个液滴通过喷墨打印打印在传感器上。

喷墨打印应用于化学传感器的研究成果

化学传感器在新型MEMS器件的发展和研究中是相当新颖和广泛的领域,这主要受爆炸、化学战、药物滥用、工业废气等对低成本传感器的需求的驱动。大部分传感器使用的都是电敏和光敏材料,或者表面容易吸附分子的材料。毫无疑问,大部分传感器材料是很“敏感”的,这意味着脆弱,以及不能通过光刻的形式完成。另外,因为它们是敏感材料,所以经常在制备的最后一步来完成,所以这些因素都促使微系统化学传感器努力探究使用喷墨打印技术。

化学抗性材料暴露在特定的吸附分子中时,阻抗会变化,这是在MEMS器件中最古老的和广泛使用的材料之一[46]。最近的纳米材料和MEMS结构的发展已经扩大材料的种类以及传感器的结构[47]。MEMS抗性传感器中的一个例子是卡耐基梅隆大学在呼吸罩中检测易挥发有机气体[48]。这种基本的传感器结构(见图1.3a)是将一对圆周250μm的螺旋电极放在一个直径为350μm的SU-8井中。多种传感参照元件,一般包含多种传感材料,镶嵌在2.65mm的印模里,如图1.3b所示,这个印模包含所有需要的控制电路(见图1.3c),其用来作为光学器件。

978-7-111-51584-5-Chapter01-4.jpg

图1.3 卡耐基梅隆大学的化学阻抗传感器(图片由卡耐基梅隆大学提供)

a)传感器元件结构展示出将一对圆周250μm的螺旋电极放在一个直径为350μm的SU-8井中 b)在一个2.65mm模具上的复合传感参照元件 c)TO-5型封装传感器 d)传感器元件通过225名义30pL包含硫羟酸金纳米颗粒溶液的墨滴印制(www.xing528.com)

硫醇金传感材料分散在载体液体中(5~10mg/mL),并打印在传感区域。尽管在图1.3a中是看不见的,30pL的15个液滴通过喷墨打印打印在传感器上。图1.3d说明30pL的液滴通过喷墨打印在传感区域,形成了厚度为1.5μm的薄膜。SU-8沟槽包含起先分散的流体体积,这阻止其他湿润性液体的扩散。另外,流体从外部沟槽中去湿所以所有的颗粒都沉积在电极上。这种行为产生的结果表明,阻抗变化率<10%。

传感器材料的分散不仅发生在单一的模具上,还发生在包装之后。这有效地限制了传感材料沉积方法和添加配方方法,并且需要印制被固定在产品夹具上的复合传感器,除非夹具拥有高精度(即昂贵),否则需要一个数据驱动方法。如果使用接触模式方法,产量就会被限制,这主要是分散器对于每个分散需要垂直移动。

微系统结构的共振会检测到共振器件吸附特定分子后,质量变化引起共振频率的变化。共振变化的检测可以通过微系统和集成电路的结合来完成。微系统加工技术可以生产低质量、高Q值的共振结构,其允许探测极低浓度的特定吸附分子[49]

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈