專利名稱:一種具有選擇性吸附石英晶體微天平的傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有選擇性吸附石英晶體微天平的傳感器結(jié)構(gòu)包括外殼和晶片基座，外殼內(nèi)設(shè)有石英晶片，石英晶片的前后表面分別設(shè)有金屬膜層電極，金屬膜層電極連接有電極引出線，金屬膜層電極的表面涂覆有選擇性吸附膜層，選擇性吸附膜層由厚度為0.2-1μm的β-環(huán)糊精薄膜層構(gòu)成；位于石英晶片前后表面的選擇性吸附膜層的面積相同；外殼設(shè)有孔隙或網(wǎng)眼，外殼封裝于晶片基座上。本實(shí)用新型利用β-環(huán)糊精分子疏水空腔可以包覆有機(jī)污染氣體，主要依靠范德華力、疏水作用、分子間的匹配等作用形成主客體包絡(luò)物的優(yōu)勢(shì)，以及鄰苯二甲酸酯類和硅氧烷類分子尺寸差別，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間污染物—鄰苯二甲酸酯類選擇性吸附的目的。
【專利說(shuō)明】一種具有選擇性吸附石英晶體微天平的傳感器結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種空間污染監(jiān)測(cè)裝置，特別適用于空間環(huán)境下有機(jī)氣體污染(主要是鄰苯二甲酸酯類和硅氧烷類兩種)的選擇性吸附功能的石英晶體傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]污染是空間環(huán)境對(duì)航天器影響頗為嚴(yán)重的因素之一，是目前高可靠性、長(zhǎng)壽命航天器時(shí)非常重要的問(wèn)題。當(dāng)空間污染物會(huì)對(duì)航天器光學(xué)器件、熱控涂層等器件性能產(chǎn)生重要影響。
[0003]例如，空間站的污染主要成分是有機(jī)物，當(dāng)這些分子污染物沉積在空間站的敏感光學(xué)部件、太陽(yáng)電池和熱控涂層等污染敏感元器件上時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致光學(xué)性能下降、太陽(yáng)能電池板輸出下降以及熱控性能退化。當(dāng)污染沉積在載人艙內(nèi)時(shí)，對(duì)航天員的身體也會(huì)產(chǎn)生影響，影響任務(wù)的完成。航天器在進(jìn)行真空熱試驗(yàn)時(shí)，星用非金屬材料的放氣產(chǎn)物容易沉積在器件的表面甚至通過(guò)“爬油”等方式進(jìn)入衛(wèi)星內(nèi)部，影響熱控涂層、太陽(yáng)電池片的功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致電路短路、低氣壓放電、元器件燒毀等不可挽回的損失。經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)，星用非金屬材料的放氣產(chǎn)物主要是鄰苯二甲酸酯類和硅氧烷類高分子。因此航天器污染的防護(hù)與控制是航天器急需解決的重要問(wèn)題之一。
[0004]由于污染防護(hù)與控制的前提是對(duì)污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)，目前主要采用石英晶體微量天平作為傳感器來(lái)進(jìn)行污染監(jiān)測(cè)，通過(guò)測(cè)量石英晶片振蕩頻率的變化來(lái)反應(yīng)沉積物質(zhì)量的變化。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)有機(jī)氣體污染(主要是鄰苯二甲酸酯類和硅氧烷類兩種)，為了提高石英晶體微量天平吸附某類污染氣體的選擇性吸附的靈敏度，本實(shí)用新型提供一種石英晶體氣敏微量天平，通過(guò)在微量天平的表面涂覆一層具有選擇性吸附功能的氣敏薄膜層，從而實(shí)現(xiàn)該天平對(duì)鄰苯二甲酸酯類或硅氧烷類物質(zhì)的選擇性吸附。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出的一種具有選擇性吸附石英晶體微天平的傳感器結(jié)構(gòu)，包括外殼和晶片基座，所述外殼內(nèi)設(shè)有石英晶片，所述石英晶片的前后表面分別設(shè)有金屬膜層電極，所述金屬膜層電極連接有電極引出線，金屬膜層電極的表面涂覆有選擇性吸附膜層，選擇性吸附膜層由厚度為0.2-1 μπι的β -環(huán)糊精薄膜層構(gòu)成；位于所述石英晶片前后表面的選擇性吸附膜層的面積相同；所述外殼設(shè)有孔隙或網(wǎng)眼，所述外殼封裝于所述晶片基座上。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0008]由于本實(shí)用新型中的石英晶振片的電極區(qū)域表面涂覆有由環(huán)糊精薄膜層構(gòu)成的選擇性吸附膜層，使用過(guò)程中，利用環(huán)糊精分子疏水空腔可以包覆有機(jī)污染氣體，由于β-環(huán)糊精分子疏水空腔的尺寸和鄰苯二甲酸酯類相匹配，因此，可以形成主客體包絡(luò)物(如圖2和圖3所示)。而硅氧烷類分子尺寸大于環(huán)糊精的疏水空腔，不能被包覆進(jìn)來(lái)。因此，利用該β-環(huán)糊精薄膜層可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微量天平的表面改性，進(jìn)而達(dá)到選擇性吸附空間污染物一鄰苯二甲酸酯類的目的。

【附圖說(shuō)明】

[0009]圖1 (a)是本實(shí)用新型中石英晶體傳感器組裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖1 (b)是本實(shí)用新型中石英晶振片膜層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖1(c)是本實(shí)用新型中石英晶體傳感器的一種外殼結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖1(d)是本發(fā)明中石英晶體傳感器的另一種外殼結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2鄰苯二甲酸酯類分子中所含苯環(huán)尺寸圖；
[0014]圖3為β -環(huán)糊精吸附鄰苯二甲酸酯類原理圖；
[0015]圖4為石央晶片表面涂覆β _環(huán)糊精I(xiàn)旲后紅外光譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0017]本實(shí)用新型一種具有選擇性吸附石英晶體微天平的傳感器結(jié)構(gòu)，包括外殼9和晶片基座7，所述外殼9內(nèi)設(shè)有石英晶片1，所述石英晶片I的前后表面分別設(shè)有金屬膜層電極2和3，如圖1(b)所示；每個(gè)所述金屬膜層電極2 (和3)均分別連接有電極引出線6，一根電極引出線6的上端用導(dǎo)電膠粘接在石英晶片I前表面金屬膜層電極3的右側(cè)，另一根電極引出線6的上端用導(dǎo)電膠粘接在石英晶片I后表面金屬膜層電極2的左側(cè)；所述晶片基座7上設(shè)有兩個(gè)電極引出孔，所述電極引出孔內(nèi)設(shè)有絕緣套管8，所述電極引出線6的下端穿過(guò)絕緣套管8固定于所述晶片基座7上，如圖1(a)所示。本實(shí)用新型中的金屬膜層電極2和3的表面分別涂覆有選擇性吸附膜層4和5，選擇性吸附膜層4和5由厚度為0.2-1 μ m的β -環(huán)糊精薄膜層構(gòu)成；位于所述石英晶片I前后表面的選擇性吸附膜層4和5的面積相同；如圖1(c)和圖1(d)所示，所述外殼9設(shè)有孔隙或網(wǎng)眼，所述外殼9封裝于所述晶片基座7上。
[0018]實(shí)施例1:本實(shí)用新型具有選擇性吸附石英晶體微天平的傳感器結(jié)構(gòu)按照以下方法獲得:
[0019](I)將石英晶片放在蒸鍍機(jī)中，采用掩膜法鍍制金屬膜層電極(2)和(3)。根據(jù)需求，選擇金作為電極膜層材料。根據(jù)需要，也可蒸鍍其他金屬材料作為電極。
[0020](2)在90°C水浴條件下，配制β -環(huán)糊精飽和溶液，并采用磁力攪拌30min，得到完全溶解的環(huán)糊精水溶液。采用旋涂法在電極區(qū)域涂覆環(huán)糊精膜層，用吸管吸收上述β-環(huán)糊精水溶液，并滴在石英晶振片電極區(qū)域，滴液速度為lml/min。將上述的石英晶振片水平的放入密閉干燥器中，自然冷卻干燥即可即可在石英晶振片電極區(qū)域的表面形成有0.5 μ m的β -環(huán)糊精薄膜層⑷和(5)。
[0021]如圖4所示，通過(guò)紅外光譜可以看出:在電極區(qū)域表面涂覆β-環(huán)糊精水溶液之后，3100CHT1處對(duì)應(yīng)β-環(huán)糊精結(jié)構(gòu)中羥基。在3000CHT1以下(2919.25CHT1和2850.63cm^1)處出現(xiàn)了兩個(gè)峰，這是β -環(huán)糊精中C-H鍵的伸縮振動(dòng)，1080.03CHT1為C-O-C的伸縮振動(dòng)，805.24cm^/567.07cm^/472.58cm-1是包括α -1，4在內(nèi)的環(huán)糊精骨架振動(dòng)。因此，紅外光譜表明，β-環(huán)糊精已成功涂覆于石英晶振片上。
[0022]將具有β_環(huán)糊精薄膜的石英晶振片用于石英晶體氣敏微量天平中，利用該環(huán)糊精薄膜層可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微量天平的表面改性，進(jìn)而達(dá)到選擇性吸附空間污染物一鄰苯二甲酸酯類的目的。
[0023]石英晶片前后金屬膜電極區(qū)域涂覆選擇性吸附膜層⑷和(5)面積相同；引線上端用導(dǎo)電膠粘接在晶片前表面金屬膜電極(2)右側(cè)，后表面金屬膜電極(3)左側(cè)，引線下端穿過(guò)絕緣套管(8)固定于晶片基座上；具有孔隙或網(wǎng)裝外殼(9)封裝于晶片基坐(7)上。外殼(9)起到屏蔽和透過(guò)有機(jī)氣體的作用。
[0024]實(shí)施例2:本實(shí)用新型具有選擇性吸附石英晶體微天平的傳感器結(jié)構(gòu)按照以下方法獲得:
[0025](I)將石英晶片放在蒸鍍機(jī)中，采用掩膜法鍍制金屬膜層電極(2)和(3)。根據(jù)需求，選擇銀作為電極膜層材料。
[0026](2)在70°C水浴條件下，配制β -環(huán)糊精飽和溶液，并采用磁力攪拌30min，得到完全溶解的環(huán)糊精水溶液。采用浸漬提拉法在電極區(qū)域涂覆環(huán)糊精膜層，拉提速度為1.5cm/min。將上述的石英晶振片水平的放入密閉干燥器中，自然冷卻干燥即可即可在石英晶振片電極區(qū)域的表面形成有I μπι的β -環(huán)糊精薄膜層⑷和(5)。
[0027]石英晶片前后金屬膜電極區(qū)域涂覆選擇性吸附膜層⑷和(5)面積相同；引線上端用導(dǎo)電膠粘接在晶片前表面金屬膜電極(2)右側(cè)，后表面金屬膜電極(3)左側(cè)，引線下端穿過(guò)絕緣套管(8)固定于晶片基座上；具有孔隙或網(wǎng)裝外殼(9)封裝于晶片基坐(7)上。外殼(9)起到屏蔽和透過(guò)有機(jī)氣體的作用。
[0028]本實(shí)用新型主要是通過(guò)在石英晶振片電極區(qū)域表面形成環(huán)糊精薄膜實(shí)現(xiàn)有效區(qū)別航天器污染環(huán)境中鄰苯二甲酸酯類和硅氧烷類兩類污染有機(jī)分子。利用環(huán)糊精分子疏水空腔可以包覆有機(jī)污染氣體，主要依靠范德華力、疏水作用、分子間的匹配等作用形成主客體包絡(luò)物的優(yōu)勢(shì)，以及鄰苯二甲酸酯類和硅氧烷類分子尺寸差別，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間污染物一鄰苯二甲酸酯類選擇性吸附的目的。
[0029]盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有選擇性吸附石英晶體微天平的傳感器結(jié)構(gòu)，包括外殼(9)和晶片基座(7)，所述外殼(9)內(nèi)設(shè)有石英晶片(I)，所述石英晶片(I)的前后表面分別設(shè)有金屬膜層電極，所述金屬膜層電極連接有電極引出線(6)，其特征在于， 金屬膜層電極的表面涂覆有選擇性吸附膜層(4)，選擇性吸附膜層由厚度為0.2-1 μ m的β-環(huán)糊精薄膜層構(gòu)成；位于所述石英晶片(I)前后表面的選擇性吸附膜層的面積相同；所述外殼(9)設(shè)有孔隙或網(wǎng)眼，所述外殼(9)封裝于所述晶片基座(7)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有選擇性吸附石英晶體微天平的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于，一根電極引出線的上端用導(dǎo)電膠粘接在石英晶片(I)前表面金屬膜層電極的右側(cè)，另一根電極引出線的上端用導(dǎo)電膠粘接在石英晶片(I)后表面金屬膜層電極的左側(cè)；所述晶片基座(7)上設(shè)有電極引出孔，所述電極引出孔內(nèi)設(shè)有絕緣套管(8)，所述電極引出線的下端穿過(guò)絕緣套管(8)固定于所述晶片基座(7)上。
【文檔編號(hào)】G01N5-02GK204302142SQ201420766059
【發(fā)明者】魏強(qiáng), 李微, 許偉澤, 劉浩銳 [申請(qǐng)人]天津大學(xué)