Kmiai rzkelk Elads a BME Vegyszmrnki Karnak Fizikai

Kémiai érzékelők Előadás a BME Vegyészmérnöki Karának Fizikai Kémia-, Általános és Analitikai Kémia-, valamint Műanyag és Gumiipari Tanszéke által a Magyar Tudományos Akadémia Kutatóközpontjával és a Bay Zoltán “Anyagtudományi és Technológiai Intézet”-ével együttműködve szervezett SZENZOROK II. téli iskoláján dr. Mizsei János BME-EET

Témák: n n n Eszközök és határfelületek (áttekintés) Ion-érzékeny MOS szerkezetek Gáz-érzékeny ellenállások Szelektivitás u Jobb-e, n n ha szelektívebb ? Szagképek Intelligens érzékelők (smart sensors)

Kétfrontos megközelítés n Érzékelők, a határfelületek oldaláról: u gáz-szilárdtest u folyadék-szilárdtest n Érzékelők, eszköz oldalról: u aktív eszközök (dióda, tranzisztor) u ellenállás (konduktometria) u kapacitás (dielektrometria) u induktivitás

Gáz-szilárdtest határfelületek Adszorpció Deszorpció Adszorpciós izotermák -----> statikus karakterisztikák

Gáz-szilárdtest határfelületek Az adszorpció és a deszorpció n sebessége eltér: dinamikus karakterisztika

Folyadék-szilárdtest határfelület n n Polarizálható (ideális: kapacitív) Nem polarizálható (ideális: ohmos) Nernst egyenlet és változatai Specifikus bevonatok u ionszelektiv u gén-antigén (p. H, p. Na, p. K…)

Érzékelők, eszköz oldalról: (aktív eszközök) n Ion-érzékeny MOS tranzisztorok:

Gáz-érzékeny MOS szerkezetek n n Adszorpció (specifikus) Kilépési munka megváltozás a szigetelő-vezérlőelektród határfelületen (FET, MOS kapacitás)

Érzékelők, eszköz oldalról: (stabil: eszköz, célzottan instabil: szenzor) n Ellenállás (konduktometria) u félvezetők n ---> érzékenyek, okkal Kapacitás (dielektrometria) u változás a dielektrikumban u változás az elektródákon n Induktivitás: a kémiai-mágneses kölcsönhatások kevéssé intenzívek.

Gáz-érzékeny ellenállások n Homogén érzékelők (? ) - mikro tartományokban: nem. A rétegkészítési technika n n n katódporlasztás (előnyök, jellegzetességek) hordozó: kerámia, fűtőréteggel anyagok: Sn. O 2 + Pd, Ag, (Au, Ni, W, Pt), többnyire katalitikusan aktív anyagok ultra vékony (nm) rétegben + agglomeráció.

A gázérzékelő konstrukciója

n A félvezető gázérzékelők szerkezete: Modellek

Sn. O 2 -Pd, Sn. O 2 -Ag vékonyrétegek 100 ppm H 2 1 ppm H 2 S

Sn. O 2 -Pd, Sn. O 2 -Ag vékonyrétegek Ro(Pd)=8. 273 Mohm Füst mérés /10 mg emberi haj/ Ro(Ag)=45. 424 Mohm

Sn. O 2 -Pd, Sn. O 2 -Ag vékonyrétegek Ro(Pd)=5. 628 Mohm Füst mérés /10 mg fa/ Ro(Ag)=23. 146 Mohm

Életközelség n Életszerű példa vagy anekdota (Oulu, Bp. , Kosztolányi D. tér)

Szelektivitási kérdések, általában n n Több érzékelőből álló rendszer: mi Több összetevőből álló gerjesztés (az i-edik komponens koncentrációja): pi Az érzékelő rendszer érzékenységmátrixa: Sjk (izoterma, Nernst kifejezések) Nehézség: Sjk =f(pi)

Szelektivititás, gyakorlati kérdések n A szelektivitás mátrix elemeinek befolyásolása: u felületi adalékolás u különféle hőmérsékletek u szűrők, abszorbensek alkalmazása u a komponensek egy részének átalakítása (bontása)

Szagképek n A téma részletei: u térbeli szétválasztás u a felület térképezése u az adatok kezelése

Intelligens érzékelők n Lényege: u érzékelő+ u jelfeldolgozó. n Biológia: u szem: n retina Tendencia: a számítógép egyre nagyobb része egyre közelebb megy az érzékelő elemhez.

Összefoglaló táblázat

Összefoglaló: amiről szó esett n n n Eszközök és határfelületek A működés alapjelenségei A működés feltételei, technológiai tánclépések Szelektivitás Szagképek, ízképek …és amiről nem. . . n arról szó lesz később…

Köszönet a szervezőknek a meghívásért, n támogatóimnak u OTKA, T 26609, u Oktatási Minisztérium (FKFP 0064/1999, Pr. 502 -121), a támogatásért, a hallgatóságnak pedig a türelméért és figyelméért !