氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及氣體傳感器，特別涉及用于測量一種或多種氣體的存在和/或量的光纖傳感器，該氣體傳感器包括光纖和在該光纖的一部分表面處的氣敏檢測材料，所述氣敏檢測材料包含氣敏反應(yīng)物和多孔基質(zhì)，其中該氣敏檢測材料當(dāng)施以待檢測氣體時在檢測波長下經(jīng)歷反射率和/或吸光率的可逆變化。
【專利說明】氣體傳感器
[0001]本發(fā)明涉及氣體傳感器，特別涉及用于測量一種或多種氣體的存在和/或量(尤其在環(huán)境空氣中)的光纖傳感器。
[0002]背景及現(xiàn)有技術(shù)
[0003]存在利用各種技術(shù)例如電化學(xué)、紅外、半導(dǎo)體、載體催化傳感器和光學(xué)技術(shù)來檢測氣體的許多點式傳感器。仍然需要改進的氣體檢測器。
[0004]發(fā)明概述
[0005]按照其一個方面，本發(fā)明提供了如權(quán)利要求1中所限定的氣體傳感器。在其它獨立權(quán)利要求中限定了另外的方面。從屬權(quán)利要求限定了優(yōu)選或替代實施方案。
[0006]本發(fā)明的氣體傳感器包括光纖，在所述光纖的外表面的一部分處具有氣敏檢測材料。當(dāng)暴露于待檢測氣體時，包含多孔基質(zhì)和氣敏反應(yīng)物的氣敏檢測材料在檢測波長下經(jīng)歷吸光率和/或反射率和/或折射率的可逆變化。
[0007]使用基于光纖的傳感器提供了各種優(yōu)點。在歷史上，開發(fā)光纖用于數(shù)據(jù)的長距離傳輸，隨后在對應(yīng)于二氧化硅纖維的最小損耗的電信波長范圍內(nèi)開發(fā)整套技術(shù)以制造光源、檢測器、光譜分析儀等等。所述基于光纖的傳感器可以提供以下的一種或多種:對干擾免疫、在同一纖維上的多個點處詢問的可能性、低重量和小體積、靈活性、穩(wěn)定性、高溫耐受性、耐久性、安全性。
[0008]該光纖優(yōu)選是二氧化硅纖維。這提供了低衰減，特別是在本文中所述的優(yōu)選波長下，這基于成熟的技術(shù)，可以用于普通的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，并適于數(shù)據(jù)的長距離傳輸，尤其是在1300納米-1700納米的波長范圍內(nèi)——對應(yīng)于二氧化硅光纖的低信號損耗的范圍。該二氧化硅可以是摻雜二氧化硅?；蛘?，該光纖可以是玻璃纖維或聚合物光纖，例如PMMA(聚(甲基丙烯酸甲酯))光纖。
[0009]該光纖優(yōu)選是單模式光纖，也稱為單模光纖。這有助于在長距離上保持保真度，并允許使用具有相當(dāng)容易使用標準設(shè)備來翻譯的結(jié)構(gòu)的光譜?；蛘撸摴饫w可以是多模光纖。該光纖可以是微結(jié)構(gòu)光纖，尤其是光子晶體光纖、多芯光纖或空芯光纖。
[0010]在一個優(yōu)選實施方案中，該光纖是單模二氧化硅光纖。
[0011]該光纖優(yōu)選包括光學(xué)芯和包層，二者均可以是二氧化硅。該芯和/或包層可以各自是均質(zhì)的。
[0012]該氣敏檢測材料可以以層的形式提供;其優(yōu)選在1300納米-1700納米的波長范圍內(nèi)具有反射率和/或吸光率和/或折射率方面的顯著變化。這使其特別適于與光纖一起使用，尤其是二氧化硅類型的光纖。該檢測波長可以為300納米至1700納米、優(yōu)選1100納米至1600納米、更優(yōu)選1380納米至1550納米。
[0013]該光纖的長度可以為至少大約50米、至少大約100米、至少大約500米或至少大約I千米。
[0014]該氣敏檢測材料可以布置在該光纖的尖端處和/或沿該光纖長度在該光纖外部表面的至少一部分處。值得注意的是，該氣敏檢測材料可以在該光纖包層并未凹進的位置處布置在該光纖的外周面處。多個間隔的氣敏檢測材料可以沿著該光纖的長度布置。此類材料可以間隔至少5米、至少10米、至少20米、至少50米、至少100米、至少200米或至少500米的距離。
[0015]在一個優(yōu)選實施方案中，該氣敏檢測材料可以在光柵上，尤其是光纖布拉格光柵(FBG)、長周期光纖光柵(LPFG)或傾斜光纖布拉格光柵，在沿著該光纖長度的位置處布置在該光纖的外表面上。優(yōu)選地，該光柵是傾斜光纖布拉格光柵;這可以用于內(nèi)在地提供對溫度不敏感的操作。該光柵可以布置在該光纖的芯和/或包層中。
[0016]該光纖可以進一步包括結(jié)構(gòu)，其可以將來自光纖芯的光耦合至包層，例如刻紋光纖、D型光纖、通過例如拼接不同直徑的光纖制造的錐體或混合干涉結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可以將模式和/或消逝波耦合至周邊。
[0017]當(dāng)提供多個間隔的氣敏檢測材料時，各自可以具有其自身相關(guān)的光柵并且布置在沿該光纖長度的間隔位置處。這可用于準分布式傳感(與單點測量相反)。例如，沿著該光纖的長度可以提供至少5、10或20個間隔的氣敏檢測材料?？梢蕴峁┮粋€或多個溫度參照指示器作為該傳感器的一部分以便例如能夠?qū)囟冗M行指示和/或補償，尤其通過光柵提供，該光柵優(yōu)選具有與氣敏檢測材料相關(guān)的相同類型。
[0018]該氣敏檢測材料的折射率可以為1.3至1.6、優(yōu)選1.4至1.5。優(yōu)選地，在氣敏檢測材料與光纖之間的界面處氣敏檢測材料的折射率與光纖的折射率之間的差異小于15%、優(yōu)選小于10%、更優(yōu)選小于5%，尤其在檢測波長處。這減少了在該界面處在檢測波長下不期望的反射。
[0019]該氣敏檢測材料可以具有至少50納米、優(yōu)選至少500納米和/或不超過15微米、優(yōu)選不超過5微米的厚度。特別是在無機和/或溶膠凝膠基質(zhì)的情況下，該厚度優(yōu)選為不超過2微米。如果該氣敏檢測材料太厚的話，可傾向于具有或產(chǎn)生裂紋，或者擴散可過長，導(dǎo)致響應(yīng)時間提高。如果其太薄的話，尤其是相對于檢測波長，吸光率和/或反射率的可逆變化量可太弱以至于不能容易地通過信號處理設(shè)備進行檢測。
[0020]該氣敏檢測材料和/或氣敏反應(yīng)物在1550納米的檢測波長下可以具有至少5X1V1.mol—1.I—1、優(yōu)選至少I X 10V1.mol—1.I—1的摩爾吸光系數(shù)。該氣敏反應(yīng)物在650納米的檢測波長下可以具有至少I X 1V1.mol—1.Γ1、優(yōu)選I X lOWmol—1.I—1的摩爾吸光系數(shù)。
[0021]該氣敏檢測材料可以具有至少2毫米、至少5毫米、至少I厘米、至少5厘米或至少10厘米和/或不超過50厘米、不超過30厘米或不超過20厘米的長度。該氣敏檢測材料優(yōu)選圍繞該光纖的整個外周延伸。
[0022]使用多孔基質(zhì)作為該氣敏檢測材料的一部分促進了待檢測氣體向該氣敏檢測材料主體中的擴散。這使得待檢測氣體容易和快速地到達并與氣敏檢測材料中的氣敏反應(yīng)物相互作用。這改善了該傳感器的響應(yīng)時間。
[0023]該多孔基質(zhì)可以是無機基質(zhì)，尤其是礦物材料的基質(zhì)，優(yōu)選包含二氧化硅或基本由二氧化硅組成。其可以是溶膠-凝膠基質(zhì)。該多孔基質(zhì)可以是有機基質(zhì)，尤其是聚合物基質(zhì)。其可以是混合型無機/有機基質(zhì)。優(yōu)選地，該多孔基質(zhì)是二氧化硅基質(zhì)。
[0024]該多孔基質(zhì)，尤其在用氣敏反應(yīng)物浸漬前，可以具有至少25%、優(yōu)選至少30%和/或不超過70%、優(yōu)選不超過60%、更優(yōu)選不超過50%的孔隙率。該孔隙率代表總體積中孔隙的百分比空間。如果浸漬前該多孔基質(zhì)的孔隙率過低，那么該基質(zhì)將僅能含有少量的氣敏反應(yīng)物;氣敏檢測材料中的變化隨后將難以用信號處理設(shè)備檢測。如果浸漬前該多孔基質(zhì)的孔隙率過高，該多孔基質(zhì)的機械性質(zhì)可較低，并且該基質(zhì)的結(jié)構(gòu)在負載所需量的氣敏反應(yīng)物時可坍塌。
[0025]該氣敏檢測材料可以具有至少15%、優(yōu)選至少20%和/或不超過60%、優(yōu)選不超過40%的孔隙率。
[0026]該多孔基質(zhì)的孔隙可以具有至少4納米、優(yōu)選至少10納米或至少20納米和/或不超過100納米、優(yōu)選不超過80納米的平均直徑。優(yōu)選地，該多孔基質(zhì)的孔隙具有至少小于檢測波長的十分之一的直徑。這提供了檢測氣敏檢測材料中的變化的良好均勻性，并降低了檢測波長處的散射。
[0027]該氣敏反應(yīng)物可以包括鑭系雙酞菁，例如雙酞菁镥(LuPc2)。這提供了可逆的反應(yīng)物，尤其在環(huán)境溫度下。此外，其提供了在優(yōu)選檢測波長下具有合適的變化的反應(yīng)物。優(yōu)選地，該氣敏反應(yīng)物是化學(xué)化合物。
[0028]優(yōu)選地，該氣敏反應(yīng)物是不溶于水的和/或非揮發(fā)性的和/或在該傳感器的運行溫度下穩(wěn)定，例如大約-30°C至大約45°C;其優(yōu)選在普通溶劑例如乙醇中是不溶性的，和/或?qū)穸炔幻舾?，尤其?-95%的相對濕度。優(yōu)選地，該氣敏反應(yīng)物對氧O2是非響應(yīng)性的和/或非反應(yīng)性的；當(dāng)該氣體傳感器用于含氧氣態(tài)氣氛(尤其是空氣)中的待檢測氣體時這特別有用。
[0029]該氣敏反應(yīng)物優(yōu)選以分散在該多孔基質(zhì)中的固體形式存在，尤其以晶體形式存在。該晶體的直徑，尤其對于至少90%的晶體且優(yōu)選對于平均直徑而言，可以是小于50納米、優(yōu)選小于30納米、更優(yōu)選小于10納米。這提供了該氣敏檢測材料的快速響應(yīng)時間。上文提到的孔隙尺寸的選擇有助于獲得前述晶體尺寸。
[0030]氣敏檢測材料經(jīng)歷的可逆變化優(yōu)選是通過該材料暴露于其中的待檢測氣體量的變化在任一方向上進行的化學(xué)反應(yīng)。優(yōu)選地，該反應(yīng)在傳感器的運行溫度下是可逆的，尤其在-30°C至45°C的溫度下。
[0031]該氣敏反應(yīng)物可以是中性分子，例如LuPc2,其光譜不同于該分子的氧化形式LuPc2+的光譜，尤其在優(yōu)選的檢測波長下。當(dāng)該分子暴露于氣體例如NO2時，氧化可以是局部的和平衡的，形成復(fù)合物L(fēng)uPc2+/N02— ο沒有該氣體，這種復(fù)合物恢復(fù)為初始組成——在這種情況下為LUPC2和N02。對于LUPC2，在可見光譜中，中性分子為綠色，氧化形式LuPc2+為紅色，還原形式LuPC2—為藍色。該氣敏反應(yīng)物可以具有至少三種氧化態(tài)，尤其是至少三種穩(wěn)定的氧化態(tài)。該反應(yīng)在環(huán)境大氣條件下在沒有其他外部影響的情況下可以逆轉(zhuǎn)。反應(yīng)的速度，尤其是返回不存在待檢測氣體的條件，可以通過一種或多種外部因素來提高，例如通過將該氣敏檢測材料暴露于UV福射，尤其具有小于大約400納米、優(yōu)選小于大約380納米和/或大于10納米、優(yōu)選大于100納米的波長。該氣敏檢測材料可以借助例如周期性或在需要時引入該光纖并且可以例如通過光柵引導(dǎo)至該氣敏檢測材料的輻射來暴露于UV輻射。例如，可以通過利用光柵的更高階模式(例如在UV范圍內(nèi)的更小波長下的諧波，而基礎(chǔ)諧波在IR范圍內(nèi))經(jīng)由該光纖提供UV輻射。UV輻射可以由導(dǎo)向氣敏檢測材料外表面的外部UV輻射源(例如UV燈)來提供。該UV輻射可以提供能量以促進或加速還原該氣敏反應(yīng)物的氧化形式。
[0032]優(yōu)選地，該傳感器的可逆性使得在:
[0033]a)暴露于待檢測氣體之前的條件;和
[0034]b)其中其已經(jīng)暴露于待檢測氣體并隨后暴露于不包括待檢測氣體的氣氛的條件；
[0035]之間該氣敏反應(yīng)物的吸光率和/或反射率和/或折射率之間的差值為小于20%、優(yōu)選小于10%、更優(yōu)選小于5%，尤其在檢測波長下且尤其在小于8小時的時間、優(yōu)選小于4小時、小于2小時、小于I小時或小于30分鐘的時間之后，在具有或不具有來自外部來源的外部施加能量的情況下，優(yōu)選在環(huán)境氣氛條件下且尤其在環(huán)境或測試空氣中在20°C和I個大氣壓下。
[0036]當(dāng)該氣敏檢測材料保持在其中不存在待檢測氣體的條件中以便變得穩(wěn)定并隨后施以至少1ppm的待檢測氣體時，在小于10分鐘內(nèi)、優(yōu)選在小于5分鐘內(nèi)、更優(yōu)選在小于2分鐘內(nèi)，反射率和/或吸光率和/或折射率的變化可以多10%。
[0037]待檢測氣體可以包含氧化性氣體，尤其是選自氮氧化物(尤其是NO2)、03及其混合物的氧化性氣體。此類檢測可用于監(jiān)控空氣中的大氣污染。
[0038]待檢測氣體可以包含還原性氣體，尤其是選自⑶、冊3、甲醛及其混合物的還原性氣體。
[0039]該傳感器可以檢測待檢測氣體的至少Ippb和/或至少5ppb和/或至少20ppb和/或至少10ppb和/或至少Ippm和/或至少1ppm的濃度;其可以檢測在1-1Oppm范圍內(nèi)的氣體的濃度。
[0040]有利地，本發(fā)明的氣體傳感器可以檢測至少0.01或0.1dB的吸光率或反射率的變化。在其中該傳感器檢測待檢測氣體的第一條件與其中不存在待檢測氣體的第二條件之間在檢測波長下該氣敏檢測材料的光學(xué)吸光率或反射率的變化可以為至少0.02、優(yōu)選至少
0.04和更優(yōu)選至少0.06。
[0041]本發(fā)明的氣體傳感器可用于定性和/或定量測量。其可以檢測氣態(tài)氣氛中待檢測氣體的絕對量和/或檢測待檢測氣體量的相對量或量的變化。
[0042]該氣體傳感器可以包括氣體過濾器，所述過濾器可以包括活性炭，布置在氣體檢測材料與氣態(tài)氣氛之間以過濾一種或多種待檢測氣體和/或降低要通過該氣敏檢測材料檢測的氣體的濃度。
[0043]機械包裝可以包圍和/或封蓋和/或施加在該氣敏檢測材料上或該氣敏檢測材料周圍，例如金屬格柵或燒結(jié)，尤其是陶瓷燒結(jié)。該包裝可以包括過濾器。例如該包裝可以包括具有具備過濾材料的功能表面的燒結(jié)材料，或保持過濾器的金屬格柵。
[0044]該氣體傳感器可以通過以下方法制造:
[0045]在光纖外表面的一部分處沉積該多孔基質(zhì);并
[0046]隨后用至少一種氣體可逆性反應(yīng)物浸漬該至少多孔的基質(zhì)。
[0047]這能夠很好地控制該氣敏檢測材料中氣體可逆性反應(yīng)物的分布。
[0048]該氣體傳感器可以與包括信號處理設(shè)備的系統(tǒng)聯(lián)合使用，所述信號處理設(shè)備可以傳輸和/或檢測和/或接收和/或分析檢測波長下的信號。該信號處理設(shè)備可以包括光源和/或接收器或檢測器，例如ASE(放大式自發(fā)射)和/或信號分析器，例如OSA(光譜分析儀)。該光源可以包括白光源，例如鹵素?zé)?、激光二極管、超發(fā)光激光二極管、ASE光源或波長可調(diào)激光器。該檢測器可以包括一個或多個光電二極管、功率計、光譜分析器和/或光時域反射計。
[0049]傳輸和/或檢測的信號可以是非極化的或極化的。當(dāng)極化時，其優(yōu)選以P模式極化(其通常提供比S模式更好的靈敏度)，但其可以為S模式。
[0050]優(yōu)選地，該傳感器對濕度基本上不敏感。其優(yōu)選是濕度中性的，也就是說，在具有或不具有來自外部來源的外部施加能量的情況下，在:a)其中在20°C的溫度下和在I個大氣壓的壓力下濕度為20%的條件;和b)其中在20°C的溫度下和在I個大氣壓的壓力下濕度為80%的條件之間(其中該氣體傳感器已經(jīng)暴露于相同量的待檢測氣體，尤其是在空氣中Ippm和/或在空氣中Oppm)，該傳感器的吸光率和/或反射率之間的差值為小于20%、優(yōu)選小于10%、更優(yōu)選小于5%，尤其在檢測波長處且尤其在至少8小時的時間后、優(yōu)選在至少4小時、至少2小時、至少I小時或至少30分鐘的時間后。
[0051]該傳感器優(yōu)選用在環(huán)境空氣中，尤其用于測量或監(jiān)控空氣污染物氣體。例如其可用在公路隧道、停車場、倉庫大廳、地板縫隙、電纜管道或下水道中。其可用于氣體泄漏檢測或在大型開放空間中用于檢測或監(jiān)控。當(dāng)具有多個間隔的氣敏檢測材料的單一光纖用于空氣污染和/或氣體檢測時，其提供了易于安裝和成本有效的用于大面積的系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0052]圖1是顯示氣體傳感器的示意性剖面圖(不按比例)；
[0053]圖2是顯示替代氣體傳感器的示意性剖面圖(不按比例)；
[0054]圖3顯示了多孔基質(zhì)的TEM(透射電子顯微鏡)圖像；
[0055]圖4、5、6和7是顯示氣體傳感器的響應(yīng)的圖。
[0056]圖8是顯示非本發(fā)明的材料的響應(yīng)的圖。
_7] 優(yōu)選實施方案描述
[0058]實施例1
[0059]圖1中所示的光纖(2)包括包層(12)和芯(11)，并且是由DowCorning制造的標準單模光纖。該芯在500納米的波長下具有1.45的折射率。
[0060]厚度為大約I微米的氣敏檢測材料(14)布置在該光纖(2)的尖端(13)的表面上。寬帶ASE光源(未顯示)連接在該光纖的另一端上，并發(fā)射1200納米至1800納米不等的入射波長光譜(3)。反射光譜后接OSA(光譜分析儀)裝置。顯示在圖4中的光譜的分辨率為I皮米(pm)。該檢測波長為1540納米。
[0061]在含有受控測試空氣的氣體室中，該傳感器固定在由測試空氣組成的氣體流中。該測試空氣由大約79%的氮氣N2和大約21 %的氧氣O2組成。為了測試，該氣態(tài)氣氛保持在20°C的溫度、大約I個大氣壓的壓力和小于5%的相對濕度下。隨后向?qū)蛟摎怏w室內(nèi)部的傳感器的測試空氣流中引入3ppm的濃度的N02。對反射光譜進行分析并提供NO2氣體濃度的指示。反射率的結(jié)果顯示在圖4和圖5中。
[0062]實施例2
[0063]在圖2中顯示的實施例中，該氣敏檢測材料(14)在傾斜光纖布拉格光柵(20)上在沿著光纖長度的位置處布置在該光纖的外表面上。
[0064]各自具有其自身相關(guān)的傾斜光纖布拉格光柵的一個或多個附加氣敏檢測材料(未顯示)可以沿著該光纖的長度布置在間隔位置處。
[0065]來自經(jīng)該光纖發(fā)射波長光譜為1200納米至1800納米不等的(3)的寬帶ASE光源的反射光譜后接OSA(光譜分析儀)裝置。
[0066]在各實施例中，該氣敏檢測材料包括多孔基質(zhì)，其由多孔二氧化硅組成，所述多孔二氧化硅通過溶膠-凝膠法沉積并具有50納米的平均孔隙直徑，所述多孔二氧化硅浸漬有雙酞菁镥(LuPc2)。該LuPc2填充大約33%的孔隙體積。這些實施例中的氣敏檢測材料具有容易測量的在1550納米下大約0.06的吸光率;變化的量級為0.02至0.06。該LuPc2在1550納米下具有大約I.2 X 10 V^mor1.1—1的摩爾吸光系數(shù)，在650納米下具有大約3.0 X 1 V1, mo I—^r1的摩爾吸光系數(shù)。
[0067]圖3顯示多孔基質(zhì)的圖像。如由顯示50納米的比例尺可以看出，該多孔基質(zhì)的孔隙的平均直徑為4至6納米。
[0068]圖4顯示了實施例1的氣體傳感器隨波長而改變的反射率(dB)。各曲線顯示了在傳感器暴露于測試空氣中3ppm的NO2的混合物之后在不同的時間延遲之后測得的反射率。曲線(40)是O分鐘處的反射率的曲線，即保持在不含NO2的測試空氣中時的穩(wěn)定條件，曲線
(41)是連續(xù)暴露于由測試空氣中3ppm的NO2混合物組成的氣體流10分鐘之后該反射率的曲線，而居中的曲線是在O至10分鐘之間在連續(xù)的一分鐘間隔處的反射率。在檢測波長的優(yōu)選范圍(1500納米至1600納米)中顯示該反射率。例如，在1536納米的檢測波長下曲線(40)與曲線(41)之間的反射率的變化為大約2dB。
[0069]圖5顯示了在1540納米的檢測波長下，施以以下循環(huán)的氣體傳感器的反射率(dB)的經(jīng)時演化:
[0070]i)暴露于測試空氣中3ppm的NO2的混合物一段短暫的時間(大約15分鐘)，例如在50處指示的位置處開始
[0071]ii)隨后保持在不含NO2的測試空氣流中，例如在50’處指示的位置處開始。
[0072]恰好在所示第二周期開始之前，在測試空氣中大約85分鐘后，在51處所示反射率已經(jīng)恢復(fù)到在50處的初始反射率的大約90%。隨后開始第二周期，該傳感器再次暴露于包含在測試空氣中3ppm的NO2的混合物的氣體流大約15分鐘，在此過程中，在將氣體流切換回到不存在NO2的測試空氣之前該反射率再次升高，導(dǎo)致反射率在大約85分鐘之后回落到大致51處所示的值。
[0073]圖6和圖7顯示了在三種不同狀態(tài)下該氣體傳感器的吸光率的波長:
[0074]-曲線61:暴露于測試空氣(不存在NO2)
[0075]-曲線62:連續(xù)暴露于測試空氣中1ppm的NO2的混合物之后2分鐘
[0076]-曲線63:在隨后暴露于測試空氣(不存在NO2)之后8小時。
[0077]曲線62所顯示的在波長1200-1600納米中吸光率的變化允許在這些波長下進行監(jiān)控。
[0078]圖8顯示了在三種不同狀態(tài)下LuPc2的固體層(即未保持在多孔基質(zhì)中)的吸光率的波長:在測試空氣中，在連續(xù)暴露于1ppm的NO2之后10分鐘，在連續(xù)暴露于NO2之后110分鐘。光學(xué)變化極小，因此難以檢測。
【主權(quán)項】
1.氣體傳感器，包括光纖和在所述光纖的一部分表面處的氣敏檢測材料，所述氣敏檢測材料包含在多孔基質(zhì)中的氣敏反應(yīng)物，其中所述氣敏檢測材料當(dāng)暴露于氣態(tài)氣氛中、尤其在環(huán)境空氣中的待檢測氣體時在檢測波長下經(jīng)歷反射率和/或吸光率的可逆變化。2.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其中所述氣敏反應(yīng)物包含鑭系雙酞菁，尤其是雙酞菁镥(LuPc2) ο3.如任一前述權(quán)利要求所述的包括光纖，尤其是二氧化硅纖維的氣體傳感器，用于檢測氣態(tài)氣氛中，尤其是環(huán)境空氣中的氣體，并尤其在-30°C至45°C的溫度下，其中待檢測氣體選自:氮氧化物、NO2、O3、CO、甲醛、NH3及其混合物。4.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中待檢測氣體包括氧化性氣體，尤其是選自氮氧化物、NO2、O3及其混合物的氧化性氣體。5.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中待檢測氣體包括還原性氣體，尤其是選自CO、甲醛、NH3及其混合物的還原性氣體。6.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中所述多孔基質(zhì)的孔隙具有4-100納米的平均直徑。7.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中所述氣敏檢測材料具有20-60%的孔隙率。8.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中當(dāng)所述氣敏檢測材料暴露于至少1ppm的待檢測氣體時，所述氣敏檢測材料在檢測波長下的反射率和/或吸光率的變化在小于10分鐘內(nèi)彡10%、優(yōu)選在小于5分鐘內(nèi)彡10%、更優(yōu)選在小于2分鐘內(nèi)彡10%。9.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中在所述氣敏檢測材料和所述光纖之間的界面處的所述氣敏檢測材料的折射率和所述光纖的折射率之間的差異在所述檢測波長下為小于10%。10.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中所述檢測波長為300納米至1700納米、優(yōu)選1100納米至1600納米、更優(yōu)選1380納米至1550納米。11.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中所述氣敏檢測材料的厚度為50納米-15微米。12.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中所述光纖包括多個間隔的檢測區(qū)，各檢測區(qū)包括在所述光纖的一部分表面處的氣敏檢測材料和相關(guān)的光柵，尤其是光纖布拉格光柵(FBG)、長周期光纖光柵(LPFG)或傾斜光纖布拉格光柵(TFBG)。13.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中所述氣體傳感器在所述氣敏檢測材料與所述氣態(tài)氣氛之間進一步包括氣體過濾器，所述過濾器適于相對于氣態(tài)氣氛中存在的待檢測氣體的濃度降低與所述氣敏檢測材料接觸的待檢測氣體的濃度。14.如權(quán)利要求13所述的氣體傳感器，其中所述氣體過濾器包括活性炭。15.如任一前述權(quán)利要求所述的氣體傳感器，其中所述光纖是二氧化硅光纖。16.制造任一前述權(quán)利要求的氣體傳感器的方法，包括以下步驟: 在所述光纖的一部分外表面處沉積所述多孔基質(zhì);和 隨后用所述氣敏反應(yīng)物浸漬所述多孔基質(zhì)。17.檢測氣態(tài)氣氛中的氣體的方法，包括: 在氣態(tài)氣氛中布置如權(quán)利要求1至15任一項所述的氣體傳感器； 通過所述光纖傳輸包括至少一種檢測波長的入射光譜； 收集反射光譜和/或透射光譜的至少一部分； 在至少一種檢測波長處將所述反射率和/或反射光譜的至少一部分與入射光譜進行比較。18.如權(quán)利要求17所述的檢測氣體的方法，包括將所述氣敏檢測材料暴露于待檢測氣體，隨后對其施以UV輻射。
【文檔編號】G01N21/77GK105980835SQ201480074189
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年12月1日
【發(fā)明人】A·布埃諾馬丁內(nèi)斯, C·科舍特爾, M·德布利基, D·拉赫姆, P·梅戈爾特, M-G·奧立弗
【申請人】蒙斯大學(xué), 瑪特里亞諾瓦公司