Реверсивний оптичний газовий сенсор

Реферат: Реверсивний оптичний газовий сенсор складається із скляної пластинки, одна з площин котрої покрита електропровідним шаром діоксиду стануму та індикаторною полімерною плівкою. При цьому на краях провідного прозорого шару SnO2 нанесені вузькі смуги (1-2 мм) низькоомних металевих контактів, наприклад із шарів Cr-Cu-Ni. UA 115618 U (54) РЕВЕРСИВНИЙ ОПТИЧНИЙ ГАЗОВИЙ СЕНСОР UA 115618 U UA 115618 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі метрології, а саме до реверсивних оптичних газових сенсорів на основі поліаніліну, і може бути використана для моніторингу наявності аміаку в оточуючому середовищі, зокрема в хімічній промисловості, на трубопроводах аміаку та конструювання сенсорів у харчовій промисловості для контролю якості продуктів харчування за зміною концентрації аміаку, що виділяється в процесі порушення свіжості продуктів тваринництва. У конструкції відомого пристрою - сенсор етанолу на основі оксиду цинку, легований алюмінієм та індієм (Чохань М.І., Ціж Б.Р., Лазоренко В.Й., Аксіментьєва О.І. Технологічні властивості напівпровідникових сенсорів для визначення вмісту етанолу у харчових продуктах // Східноєвропейський журнал передових технологій. - 2008. - № 6/4(30). - С. 49-51) використовують як підкладку скло, кварц і ситал, сенсорні плівки отримують шляхом сумісного термічного випаровування ZnO та Аl або In у вакуумі при температурі 950-1150 °C, нагрівач і контактні майданчики до чутливої плівки та нагрівача наносять методом електроннопроменевого випаровування на установці УВН-74П, а електроди та плівка нагрівача мають двошарову структуру Ті-Ni, причому плівка Ті використовувалась як адгезійний шар, а плівка Ni власне нагрівач або електрод. Сенсор етанолу на основі оксиду цинку працює на поверхневих ефектах, робоча температура якого становить 200 °C з електронним типом провідності (ширина забороненої зони Е=3,37 еВ). Недоліками відомого сенсора етанолу є те, що для виготовлення плівки застосовують високі температури (950-1150 °C), тобто технологія є енерговитратною, конструкція сенсора включає нагрівний елемент для підтримки робочої температури на рівні 200 °C і сам сенсор має невисоку чутливість до малих концентрацій етанолу. Найближчими аналогом до запропонованої корисної моделі є індикатор свіжості продуктів тваринництва (патент України № 26256), який містить індикаторну речовину, нанесену на оптично прозорий носій, причому носієм є скляна пластина 15 × 30 × 1 мм, одна з площин котрої покрита електропровідним шаром діоксиду стануму, на яку нанесена індикаторна речовина, при цьому як індикаторну речовину використано плівку кислотно-легованого поліаніліну або поліортотолуїдину, або поліортоанізидину. Заявлений пристрій і прототип мають спільні ознаки, а саме: реверсивний оптичний газовий сенсор складається із скляної пластинки, одна з площин котрої покрита електропровідним шаром діоксиду стануму та індикаторною полімерною плівкою. Недоліком відомого пристрою є те, що відновлення газочутливості сенсорних плівок досягається шляхом їх короткочасної експозиції у водному розчині 0,5 М сульфатної кислоти, промиванням дистильованою водою та висушуванням у струмені сухого повітря протягом 3-5 хвилини, що викликає певні незручності. Заявлений нами пристрій усуває недоліки прототипу і забезпечує відновлення фізикотехнологічних властивостей газочутливих плівок поліаніліну шляхом нагріву прозорого провідного покриття SnO2, яке слугувало робочим електродом в процесі синтезу газочутливих плівок поліаніліну, не виймаючи чутливий елемент із вимірювальної комірки та забезпечуючи при цьому його багатократну реверсивність. В основу корисної моделі поставлено задачу створити такий ефективний пристрій, який дозволив би нагрівання чутливого елемента газового сенсора на основі плівок поліаніліну та зумовив би його ефективну регенерацію і забезпечив багатократну реверсивність роботи. Поставлена задача вирішується тим, що на краях провідного прозорого шару SnO 2 нанесені вузькі смуги (1-2 мм) низькоомних металевих контактів, наприклад із шарів Cr-Cu-Ni. Технічний результат заявленого способу досягається тим, що низькоомні металеві контакти на краях провідного прозорого шару зумовлюють рівномірне проходження струму нагрівання по всій поверхні діоксиду стануму. Внаслідок нагрівання плівок поліаніліну, які попередньо адсорбували аміак, інтенсифікується його десорбція із руйнуванням нестабільних доноракцепторних комплексів аміаку з аніліном. Таким чином, не виймаючи чутливий елемент із вимірювальної комірки сенсора можливо проводити відновлення властивостей газочутливих плівок поліаніліну, забезпечуючи при цьому багатократну реверсивність. Наші дослідження показали, що кратність ефективного 2 відновлення складає не менше 10 циклів. Отже, заявлена модель приводить до покращення експлуатаційних характеристик чутливого елемента оптичного сенсора аміаку. При проведенні патентно-інформаційного пошуку авторами і заявником виявлено технічне рішення (патент України № 26256), яке містить суттєві ознаки, спільні із заявленим способом, а 1 UA 115618 U 5 10 15 20 25 30 35 40 саме: оптичний газовий сенсор складається із скляної пластинки, одна з площин котрої покрита електропровідним шаром діоксиду стануму та індикаторною полімерною плівкою. Але наявність зазначених ознак, спільних з прототипом, недостатня для одержання технічного результату, який забезпечує заявлений спосіб. Технічних рішень, які б за сукупністю ознак повністю співпадали із заявленим -- не виявлено. У патентній і науково-технічній інформації не знайдено технічних рішень, в яких були б описані відомості про ознаки, що відрізняють заявлений спосіб від прототипу і забезпечують досягнення технічного результату тим, що на краях провідного прозорого шару SnO 2 нанесені вузькі смуги (1-2 мм) низькоомних металевих контактів, наприклад із шарів Сr-Cu-Ni. Заявлена корисна модель належить до галузі метрології, а саме до реверсивних оптичних газових сенсорів на основі поліаніліну, і може бути використана для моніторингу наявності аміаку в оточуючому середовищі, зокрема, в хімічній промисловості, на трубопроводах аміаку та конструювання сенсорів у харчовій промисловості для контролю якості продуктів харчування за зміною концентрації аміаку, що виділяється в процесі порушення свіжості продуктів тваринництва, а тому відповідає критерію корисної моделі - "Промислова придатність". На кресленні схематично представлено заявлений пристрій - реверсивний оптичний газовий сенсор, де: 1 - скляна підкладка, 2 - шар SnO2, 3 - металеві електроди, 4 - шар поліаніліну. Виготовлення реверсивного оптичного газового сенсора на основі поліаніліну проводять методом електрохімічного осадження, який є одним із найпростіших і найдешевших, дозволяючи при цьому ефективно керувати властивостями плівок за рахунок технологічних параметрів отримання. Формування плівок поліаніліну відбувається при кімнатній температурі у скляній електрохімічній комірці, де робочим електродом слугують скляні пластинки з прозорим провідним покриттям (SnO2), протиелектродом - платинова сітка. Плівки поліаніліну товщиною 0,3-2,0 мм осаджують з 0,1 М розчину аніліну (мономеру) у 0,5 М розчину сульфатної кислоти -2 при густині струму 0,05-0,20 mA•sm протягом часу 2-10 хв. Такий спосіб нанесення дозволяє в широких межах варіювати складом, топологією, товщиною та іншими параметрами синтезованих шарів і ефективно їх оптимізувати, а також досягати високої стабільності і відтворюваності для різних партій синтезу. Для можливості нагрівання, на краях провідного прозорого шару SnO 2 2 наносять вузькі смуги (1-2 мм) низькоомних металевих контактів 3, наприклад, із шарів Cr-Cu-Ni, які забезпечують рівномірне по всій поверхні SnO2 проходження струму нагрівання. Заявлений пристрій працює наступним чином: розміщені по краях прозорого провідного шару низькоомні металеві контакти під дією струму забезпечують рівномірне нагрівання діоксиду стануму. Внаслідок дії теплової енергії руйнуються донор-акцепторні комплекси аміаку з аніліном. Таким чином, не виймаючи чутливий елемент із вимірювальної комірки сенсора, можливо відновлювати характеристики газочутливих плівок поліаніліну, забезпечуючи при цьому багатократну реверсивність. Отже, заявлений пристрій зручний для практичного використання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Реверсивний оптичний газовий сенсор, що складається із скляної пластинки, одна з площин котрої покрита електропровідним шаром діоксиду стануму та індикаторною полімерною плівкою, який відрізняється тим, що на краях провідного прозорого шару SnO2 нанесені вузькі смуги (12 мм) низькоомних металевих контактів, наприклад із шарів Cr-Cu-Ni. 2 UA 115618 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3