气体吸附剂、气体吸附装置和气体传感器的制作方法

1.本发明总体上涉及气体吸附剂、气体吸附装置及气体传感器，并且更具体地涉及包含有机材料和导电性颗粒的气体吸附剂、包括气体吸附剂的气体吸附装置以及包括气体吸附剂或气体吸附装置的气体传感器。


背景技术：

2.提供了包含气体吸附性有机材料和分散在有机材料中的导电性颗粒的气体传感器。例如，专利文献1公开了一种化敏电阻器，其包括：电绝缘基材构件，其具有彼此平行地以圆形几何形状布置的一对电极；与该对电极接触的化学敏感聚合物；以及分散在该化学敏感聚合物中的碳颗粒。在该化敏电阻器中，例如，当化学敏感聚合物吸附气体中的挥发性有机化合物时，其电阻值发生变化。使用该化敏电阻器使得能够基于化敏电阻器的电阻值的变化来检测气体中的挥发性有机化合物。
3.引文列表
4.专利文献
5.专利文献1：us 7189360 b1


技术实现要素：

6.本发明要解决的问题在于，提供以下：气体吸附剂，其包含有机材料和多个导电性颗粒，并且能够在暴露于气体的情况下使得电阻值响应性地变化；包括气体吸附剂的气体吸附装置；以及包括气体吸附剂或气体吸附装置的气体传感器。
7.根据本发明的一方面的气体吸附剂包括多个吸附颗粒。多个吸附颗粒聚集在一起形成多孔结构。多个吸附颗粒各自包括绝缘性颗粒、以及全部附着于绝缘性颗粒的表面的多个导电性颗粒和有机材料。
8.根据本发明的另一方面的气体吸附装置包括：上述气体吸附剂；以及基材构件。气体吸附剂的多个吸附颗粒各自包括：绝缘性颗粒；第一涂层，其由多个导电性颗粒形成，并且连续地涂覆所述绝缘性颗粒的表面；以及第二涂层，其由有机材料形成，并且连续地涂覆所述第一涂层的表面。多孔结构是通过将多个吸附颗粒连续地彼此连接、并且产生被多个吸附颗粒中的相邻吸附颗粒包围的空隙而形成的。气体吸附剂在第一涂层和第二涂层其中至少之一上与基材构件接触。
9.根据本发明的又一方面的气体传感器包括：上述气体吸附剂或上述气体吸附装置；以及电连接至所述气体吸附剂的电极。
附图说明
10.图1是根据本发明的示例性实施例的气体吸附剂、气体吸附装置和气体传感器的模式的示意性截面图；
11.图2是在示例中使用的试验中的气体传感器的模式的示意性平面图；
12.图3是示出在壬醛被吸附到样品#1、#2和#3的情况下针对样品#1、#2和#3在示例中测量到的电阻值的变化率的图；
13.图4a是示出示例的样品#7的截面的扫描电子显微镜(sem)显微图；
14.图4b是示出示例的样品#8的截面的sem显微图；
15.图4c是示出示例的样品#3的截面的sem显微图；
16.图5a是示出示例的样品#7的表面的sem显微图；
17.图5b是示出示例的样品#8的表面的sem显微图；
18.图5c是示出示例的样品#3的表面的sem显微图；
19.图6是示出在示例中针对吸附有苯甲醛的样品#3至#8测量时电阻值的变化率如何随时间改变的图；以及
20.图7是示出在示例中针对吸附有苯甲醛的样品#3至#8测量时电阻值的变化率如何改变的图。
具体实施方式
21.首先，将准确地描述本发明人如何构思本发明的想法。
22.如果通过使气体吸附剂暴露于气体中来使气体中的化学物质被吸附到包含有机材料和分散在有机材料中的导电性颗粒的气体吸附剂中，则气体吸附剂的电阻值发生变化。由于有机材料吸附化学物质并膨胀，由此气体吸附剂中的导电性颗粒之间的间隔距离改变，因此电阻值可能部分地变化。基于气体吸附剂的这种电阻值的变化，可以检测气体中的化学物质。即，可以通过使用包括这种气体吸附剂的气体传感器来检测气体中的化学物质。
23.在气体吸附剂暴露于气体的情形下，气体吸附剂的电阻值变化得越显著且越快，则可以越快且越准确地检测化学物质。
24.然而，例如通过改变所选择的有机材料与导电性颗粒的组合，气体吸附剂的性能提高受到了限制。
25.因此，本发明人进行了广泛的研究以开发在暴露于包含化学物质的气体的情况下电阻值将响应性地变化的气体吸附剂。作为广泛研究和开发的结果，本发明人构思了本发明的想法。
26.接着，将参考图1描述本发明的示例性实施例。
27.根据本实施例的气体吸附剂1包括多个吸附颗粒12。吸附颗粒12是具有气体吸附性的颗粒。如这里所使用的，“气体吸附性”是指在暴露于气体的情况下吸附该气体中所包含的化学物质的性质。化学物质的示例包括挥发性有机化合物和无机化合物。挥发性有机化合物的示例包括酮类、胺类、醇类、芳烃类、醛类、酯类、有机酸、甲硫醇和二硫化物等。无机化合物的示例包括硫化氢、二氧化硫和二硫化碳等。吸附颗粒12优选具有吸附至少一种化学物质的性质。基于公知技术知识，可以判断吸附颗粒12是否具有气体吸附性。例如，在当吸附颗粒12暴露于气体、并且然后用气相色谱质谱仪分析时检测到源自该气体的化学物质的情况下，可以判断为吸附颗粒12应该具有气体吸附性。吸附颗粒12优选具有吸附至少一种挥发性有机化合物的性质。
28.吸附颗粒12聚集在一起，形成多孔结构。吸附颗粒12各自包括绝缘性颗粒3、以及
附着于绝缘性颗粒3的表面上的导电性颗粒21和有机材料22。
29.换句话说，可以说气体吸附剂1包括绝缘性颗粒3和吸附部2。在这种情况下，吸附部2包括导电性颗粒21和有机材料22。在吸附部2中，例如，导电性颗粒21可以分散在有机材料22中。在气体吸附剂1中，各自具有吸附部2所附着于的表面的绝缘性颗粒3聚集在一起形成多孔结构。
30.具体地，例如吸附颗粒12可以各自包括：绝缘性颗粒3；第一涂层23，其由(一个或多个)导电性颗粒21形成，并且连续地涂覆绝缘性颗粒3的表面；以及第二涂层24，其由有机材料22形成，并且连续地涂覆第一涂层23的表面。气体吸附剂1的多孔结构是通过将吸附颗粒12连续地彼此连接、并且产生被吸附颗粒12中的相邻吸附颗粒包围的空隙11而形成的。即，多孔结构中的空隙11各自被吸附颗粒12包围。在这种情况下，吸附部2是通过将吸附颗粒12聚集在一起使得吸附颗粒12的各个第一涂层23和第二涂层24一体化而形成的。
31.根据本实施例的气体吸附装置20包括气体吸附剂1和基材构件6。例如，气体吸附剂1在第一涂层23和第二涂层24其中至少之一上与基材构件6接触。
32.具体地，(一个或多个)导电性颗粒21和有机材料22例如可以以膜形状附着于绝缘性颗粒3的表面。换句话说，也可以说吸附部2具有用于附着于绝缘性颗粒3的表面、并且由此覆盖绝缘性颗粒3的膜形状。在这种情况下，(一个或多个)导电性颗粒21和有机材料22(即，吸附部2)可以完全覆盖绝缘性颗粒3，或者仅部分地覆盖绝缘性颗粒3，无论哪个情况都是适当的。在气体吸附剂1中，在相邻绝缘性颗粒3之间的间隔足够窄的情况下、或者在绝缘性颗粒3彼此接触的情况下，附着于绝缘性颗粒3的各个导电性颗粒21和有机材料22(即，吸附部2)趋于接合并一体化。另一方面，在相邻绝缘性颗粒3之间的间隔足够宽的情况下，趋于在颗粒3之间形成空隙11。由此，各自具有(一个或多个)导电性颗粒21和有机材料22(即，吸附部2)附着于的表面的绝缘性颗粒3聚集在一起形成多孔结构。注意，这取决于个体情形，并且难以明确限定：间隔应当多窄以增加吸附部2接合在一起的机会；以及间隔应当多宽以增加产生空隙11的机会。
33.在根据本实施例的气体吸附剂1暴露于气体时，有机材料22吸附该气体中的化学物质，并且因此，气体吸附剂1的电阻值相应地变化。
34.该实施例增加了当气体吸附剂1暴露于气体时气体吸附剂1的电阻值快速变化的机会。即，该实施例促进了提高气体吸附剂1的响应性。这应该部分地是由于气体吸附剂1的多孔性应该使得气体能够更容易地进入气体吸附剂1中的空隙11(即，增加气体吸附剂1的气体渗透性)以至于气体吸附剂1可以高效地吸附气体中的化学物质。
35.有机材料22优选具有气体吸附性。如这里使用的，“气体吸附性”是指在暴露于气体的情况下吸附该气体中所包含的化学物质的性质。化学物质的示例包括挥发性有机化合物和无机化合物。挥发性有机化合物的示例包括酮类、胺类、醇类、芳烃类、醛类、酯类、有机酸、甲硫醇和二硫化物等。无机化合物的示例包括硫化氢、二氧化硫和二硫化碳等。有机材料22优选具有吸附至少一种化学物质的性质。基于公知技术知识，可以判断有机材料22是否具有气体吸附性。例如，在有机材料22暴露于气体、并且然后用气相色谱质谱仪分析时检测到源自该气体的化学物质的情况下，可以判断为有机材料22应该具有气体吸附性。有机材料22优选具有吸附至少一种挥发性有机化合物的性质。
36.例如，根据气体吸附剂1需要吸附的化学物质的种类和气体吸附剂1中的导电性颗
粒21的种类来选择有机材料22。有机材料22包括选自由聚合物和低分子量化合物组成的组中的至少一种类型的材料。有机材料22优选包括聚合物等。如果有机材料22包括聚合物，则气体吸附剂1可以具有耐热性。
37.优选有机材料22的示例包括作为气相色谱仪中的柱的固定相可商购的材料。更具体地，有机材料22包括选自由例如聚亚烷基二醇类、聚酯类、硅酮类、甘油类、腈类、二羧酸单酯类和脂族胺类组成的组中的至少一种材料。在这种情况下，有机材料22可以容易地吸附气体中的化学物质，特别是挥发性有机化合物。
38.聚亚烷基二醇类例如包括聚乙二醇(耐热温度为170℃)。聚酯类包括例如选自由聚(二甘醇己二酸酯)和聚(琥珀酸亚乙酯)组成的组中的至少一种材料。硅酮类例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：二甲基硅酮、苯甲基硅酮、三氟丙基甲基硅酮(trifluoropropyl methyl silicone)和氰基硅酮(耐热温度为275℃)。甘油类例如包括双甘油(耐热温度为150℃)。腈类例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：n，n
‑
双(2
‑
氰基乙基)甲酰胺(耐热温度为125℃)和1，2，3
‑
三(2
‑
氰基乙氧基)丙烷(耐热温度为150℃)。二羧酸单酯类例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：硝基对苯二甲酸改性的聚乙二醇(耐热温度为275℃)和二甘醇琥珀酸酯(耐热温度为225℃)。脂肪族胺类例如包括四羟乙基乙二胺(耐热温度为125℃)。
39.导电性颗粒21例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：碳材料、导电性聚合物、金属、金属氧化物、半导体、超导体和络合物。碳材料例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：炭黑、石墨、焦炭、碳纳米管、石墨烯和富勒烯。导电性聚合物例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯和聚乙炔。金属例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：银、金、铜、铂和铝。金属氧化物例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：氧化铟、氧化锡、氧化钨、氧化锌和氧化钛。半导体例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：硅、砷化镓、磷化铟和硫化钼。超导体例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：yba2cu3o7和tl2ba2ca2cu3o
10
。络合物例如包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：四甲基对苯二胺和氯醌的络合物；四氰基对醌二甲烷和碱金属的络合物；四硫富瓦烯和卤素的络合物；铱和卤代羰基化合物的络合物；和四氰基铂。
40.导电性颗粒21优选包括碳材料。导电性颗粒21特别优选包括炭黑等。在导电性颗粒21包括碳材料(特别是诸如炭黑等)的情况下，气体吸附剂1的电阻值在暴露于气体时可以特别响应性地变化。
41.导电性颗粒21的平均粒径优选为小于50nm，更优选为等于或小于44nm，并且进一步优选为等于或小于30nm。平均粒径优选为等于或小于25nm，更优选为等于或小于20nm，并且特别优选为等于或小于15nm。导电性颗粒21的平均粒径越小，在气体吸附剂1吸附化学物质的情况下气体吸附剂1的电阻值的变化率增大得越显著(即，气体吸附剂1的灵敏度变得越高)。
42.根据本实施例，即使导电性颗粒21的平均粒径如以上所述那样小，通过使用绝缘性颗粒3，仍能够使得气体吸附剂1具有多孔结构。即，即使由于导电性颗粒21的平均粒径小而不容易产生空隙11，通过调整绝缘性颗粒3的粒径，仍可以产生空隙11并且仍可以形成多孔结构。
43.吸附部2中的导电性颗粒21的平均粒径的下限没有任何特别限定。然而，为了通过降低导电性颗粒21聚集在一起的机会来提高气体吸附剂1的均匀性，平均粒径优选为等于或大于5nm，并且更优选为等于或大于10nm。
44.注意，导电性颗粒21的平均粒径是基于电子显微镜显微图而获得的导电性颗粒21的粒径的数基算术平均值。具体地，对电子显微镜显微图进行图像处理，以求出在电子显微镜显微图上出现的导电性颗粒21的各个面积。接着，基于导电性颗粒21的这些面积，计算将颗粒转变为正圆时的各个导电性颗粒21的直径。然后，计算这些直径的平均值以获得平均粒径。
45.注意，导电性颗粒21的形状没有任何特别限制。因此，导电性颗粒21可以具有球形、椭圆形、压碎形或鳞片形状，无论哪个情况都是适当的。
46.绝缘性颗粒3例如包括具有电绝缘性质的树脂材料和具有电绝缘性质的无机材料中的至少一种。例如，绝缘性颗粒3的具有电绝缘性质的树脂材料包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：硅酮、丙烯酸系树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、聚乳酸树脂、乙基纤维素树脂和聚醚砜树脂。例如，具有电绝缘性质的无机材料包括选自由以下各项组成的组中的至少一种材料：二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化锡、氧化钛、氧化铜、氧化钨、氧化铁氧化锆、氧化镁、氧化钇、钛酸钡、羟基磷灰石、碳化钛和氮化铝。
47.注意，绝缘性颗粒3的形状没有任何特别限制。因此，绝缘性颗粒3可以具有球形、椭圆形、压碎形或鳞片形状，无论哪个情况都是适当的。
48.绝缘性颗粒3的平均粒径优选落在50nm至2000nm的范围内。这增加了在气体吸附剂1中产生具有使气体渗透的适当大小的空隙11的机会，因此特别显著地提高了气体吸附剂1的响应性。绝缘性颗粒3的平均粒径更优选为等于或大于100nm且小于1500nm。这促进了提高气体吸附剂1的灵敏度。推测这是因为：如果平均粒径小于1500nm，则空隙11的大小不会变得过大，由此增加空隙11的比表面积。
49.注意，绝缘性颗粒3的平均粒径是基于通过动态光散射法所获得的粒径分布而计算出的数值。作为用于测量平均粒径的测量装置，例如，可以使用由malvern panalytical制造的zetasizer nano zs90。
50.绝缘性颗粒3的平均粒径优选为比导电性颗粒21的平均粒径大。这增加了导电性颗粒21附着于绝缘性颗粒3的表面的机会，由此促进了形成第一涂层23。因此，更容易形成具有空隙11的多孔结构。
51.特别地，绝缘性颗粒3的平均粒径优选为导电性颗粒21的平均粒径的3倍大或更大。这增加了产生空隙11并且使得各个空隙11能够具有使气体通过的适当大小的机会。绝缘性颗粒3的平均粒径更优选为导电性颗粒21的平均粒径的5倍大或更大。绝缘性颗粒3的平均粒径与导电性颗粒21的平均粒径之比的上限没有任何特别限制，例如可以为100或更小。
52.多孔结构中的空隙11的直径优选大于导电性颗粒21的平均粒径。这增加了气体吸附剂1具有多孔结构、并且在气体吸附剂1中产生具有使气体渗透通过的适当大小的空隙11的机会。空隙11的直径可以通过以下方法来确定。首先，切断气体吸附剂1以暴露其截面。接着，将由此暴露的截面抛光，并且然后通过电子显微镜观察以捕获显微图。然后，绘制与在显微图上出现的空隙11的相应轮廓内切的圆，并且测量这些内切圆中最大的一个内切圆的
直径。例如，针对10个空隙11测量内切圆的直径值，并且计算从这10个直径值中选择排除了两个最大直径值和两个最小直径值的6个中间直径值的平均值，并且将其视为空隙11的直径。
53.例如，根据导电性颗粒21的粒径和绝缘性颗粒3的粒径，适当地设置形成气体吸附剂1的有机化合物、导电性颗粒21和绝缘性颗粒3的相应含量，以使得根据本实施例的气体吸附剂1能够具有多孔结构。特别地，绝缘性颗粒3、导电性颗粒21和有机材料22的质量比优选为接近1:1:1。这增加了气体吸附剂1具有多孔结构、并且在气体吸附剂1中产生具有使气体渗透通过的适当大小的空隙11的机会。
54.气体吸附剂1优选具有膜形状。即，气体吸附剂1优选为多孔膜。这增加了气体吸附剂1的比表面积，由此使得气体吸附剂1能够更容易吸附气体中的化学物质。气体吸附剂1可以例如具有落在0.1μm至10μm的范围内的厚度。
55.接着，将描述包括气体吸附剂1或气体吸附装置20的气体传感器10。气体传感器10包括：气体吸附剂1或气体吸附装置20；以及电连接到气体吸附剂1的电极5。使用该气体传感器10，使得在气体吸附剂1暴露于包含化学物质的气体的情况下，气体吸附剂1吸附化学物质，由此引起气体吸附剂1的电阻值的变化。基于该电阻值的变化，可以检测化学物质。如上所述，该实施例增加了在气体吸附剂1暴露于气体的情况下引起电阻值变化的机会。因此，通过使用气体传感器10可以精确地检测气体中的化学物质。
56.将参考图1描述气体传感器10的具体示例。气体传感器10包括气体吸附剂1和电极5。电极5包括第一电极51和第二电极52。气体传感器10还包括基材构件6。即，根据本具体示例的气体传感器10包括气体吸附装置20和基材构件6。
57.基材构件6具有电绝缘性质。基材构件6具有一个面(在下文中称为“支撑面61”)。在支撑面61上布置有第一电极51、第二电极52和气体吸附剂1。基材构件6可以具有板的形状，其具有在与支撑面61垂直的方向上的厚度。第一电极51和第二电极52在与支撑面61所面向的方向垂直的方向上彼此间隔设置。
58.气体吸附剂1布置在基材构件6的支撑面61上。如上所述，气体吸附剂1在第一涂层23和第二涂层24其中至少之一上与基材构件6接触。气体吸附剂1覆盖第一电极51和第二电极52。这使气体吸附剂1与第一电极51和第二电极52各自接触。注意，可以通过任意结构来建立气体吸附剂1与第一电极51和第二电极52各自之间的电连接。例如，气体吸附剂1可以全部或仅部分地与第一电极51接触。同样，气体吸附剂1可以全部或仅部分地与第二电极52接触。
59.当在该气体传感器10的第一电极51和第二电极52之间施加电压时，电流以与该电压和气体吸附剂1的电阻值相对应的量流过气体吸附剂1。这使得能够测量气体吸附剂1的电阻值。可以基于该电阻值来检测化学物质。可选地，也可以基于在第一电极51和第二电极52之间施加恒定电压的状态下的在第一电极51和第二电极52之间流动的电流值来检测化学物质。可替代地，也可以基于在使得恒定电流能够流过气体吸附剂1的状态下的在第一电极51和第二电极52之间的电压下降量来检测化学物质。即，可以基于由气体吸附剂1的电阻值的变化引起的某些物理量(作为指标)的变化来检测化学物质。
60.为了制造该气体传感器10，例如，可以在基材构件6的支撑面61上设置第一电极51和第二电极52，并且然后在支撑面61上形成气体吸附剂1。
61.接着，将描述根据本实施例的气体吸附剂1的制造方法。
62.可以通过以下方式来制造气体吸附剂1：准备包含有机材料22、导电性颗粒21、绝缘性颗粒3和溶剂的混合溶液，由该混合溶液形成成形产物，并且然后使溶剂从该成形产物中挥发出来。
63.将更具体地描述气体吸附剂1的制造方法。首先，准备包含有机材料22、导电性颗粒21、绝缘性颗粒3和溶剂的混合溶液。
64.有机材料22、导电性颗粒21和绝缘性颗粒3如上所述。
65.可以使用任意溶剂而没有限制，只要该溶剂可以溶解或分散有机材料22，可以分散导电性颗粒21和绝缘性颗粒3，并且可以从成形产物中挥发即可。例如，溶剂包括选自由以下各项组成的组中的至少一种成分：二甲亚砜、二甲基甲酰胺、甲苯、氯仿、丙酮、乙腈、甲醇、乙醇、异丙醇、四氢呋喃、乙酸乙酯和乙酸丁酯。
66.接着，由混合溶液形成成形产物。成形产物优选具有膜形状。在这种情况下，可以获得膜形状的气体吸附剂1。膜形状的示例包括膜、片和层。成形产物可以通过任意方法形成而没有限制。例如，可以通过喷墨法、分配(dispensing)法或任意其它合适的方法来施加混合溶液，以形成成形产物。例如，成形产物可以具有落在0.1μm至10μm的范围内的厚度。
67.接着，使溶剂从成形产物中挥发。溶剂可以通过任意方法挥发而不受限制。例如，可以通过使成形产物经过热处理来使溶剂从成形产物挥发。可替代地，也可以通过将成形产物置于减压下而使溶剂从成形产物挥发。可选地，可以通过使成形产物在减压下经过热处理而使溶剂从成形产物挥发。热处理的温度可以根据溶剂的类型而适当地设置，以促进溶剂的挥发。例如，热处理的温度可以落在30℃至90℃的范围内。另外，热处理的温度优选设置成防止或至少延迟有机材料22的热解。因此，热处理的温度优选小于比有机材料22的耐热温度低30℃的温度。热处理的持续时间优选设计成通过热处理使得成形产物中的全部或大部分溶剂挥发。例如，热处理的持续时间可以落在10分钟至60分钟的范围内。
68.实施例
69.接着，将呈现本发明人针对示例性实施例所进行的试验的方法和结果。注意，以下所描述的试验的方法和结果不应被解释为限制本实施例的配置。
70.1.导电性颗粒的粒径的影响的确认
71.提供平均粒径为50μm的炭黑颗粒作为导电性颗粒21。提供二甲基甲酰胺作为溶剂。提供聚乙二醇作为有机材料22。
72.将导电性颗粒21和有机材料22加入溶剂并搅拌，从而准备包括浓度为10mg/ml的导电性颗粒21和浓度为10mg/ml的有机材料22的混合溶液。
73.接着，通过喷墨法来施加混合溶液，以形成膜形状的成形产物。将该成形产物在50℃下经过20分钟热处理，从而使溶剂从成形产物挥发。
74.以这种方式，获得样品#1作为不包含绝缘性颗粒3的气体吸附剂1。另外，除了将炭黑的平均粒径改变为44nm之外，以与样品#1的情况相同的方式获得样品#2作为另一气体吸附剂1。此外，除了将炭黑的平均粒径改变为15nm之外，以与样品#1的情况相同的方式获得样品#3作为又一气体吸附剂1。
75.用这些样品#1至#3中的各个样品形成试验用的气体传感器10。试验用的气体传感器10的示意性结构如图2所示。在该气体传感器10中，在具有电绝缘性质的基材构件6上布
置有第一电极51和第二电极52，以形成叉指(interdigital)电极结构。沿着叉指电极结构的梳齿测量到的叉指电极结构的尺寸l1是520μm，并且与叉指电极结构的梳齿垂直地测量到的叉指电极结构的尺寸l2是500μm。另外，在基材构件6上还设置有电绝缘膜(绝缘膜9)，以覆盖第一电极51和第二电极52。如图2所示，通过绝缘膜9，设置有各自具有5μm的宽度的条状开口70，以与第一电极51和第二电极52重叠。在图2所示的开口70的相应中心线之间测量到的尺寸l3是60μm。此外，在基材构件6上设置有气体吸附剂1的各个样品，以覆盖绝缘膜9并且具有1μm的厚度。这使气体吸附剂1通过开口70与第一电极51和第二电极52接触。图2所示的气体吸附剂1的直径d1为900μm。另外，气体传感器10还设置有第一端子81和第二端子82，第一端子81从第一电极51的一端延伸到突出气体吸附剂1的外侧，第二端子82从第二电极52的一端延伸到突出气体吸附剂1的外侧。
76.在第一端子81与第二端子82之间施加恒定电压的情况下，将气体传感器10置于氮气流中，并且然后将壬醛添加到气流中，以具有1体积ppm的浓度。以这种方式，将各个样品暴露于包括壬醛的气流，直到各个样品的电阻值基本上停止变化为止。基于在第一端子81与第二端子82之间流动的电流的测量结果来计算各个样品的电阻值。
77.图3示出各个样品的电阻值相对于氮气流中的电阻值的变化率。从这些结果可以容易地看出，电阻值的变化率在平均粒径为44nm的样品#2中比在平均粒径为50nm的样品#1中增加得更显著，并且电阻值的变化率在平均粒径为15nm的样品#3中比在平均粒径为50nm的样品#1中显著增加得显著。
78.以这种方式，确认了导电性颗粒21的粒径对灵敏度的影响。
79.2.样品的形成
80.提供平均粒径为10nm的二氧化硅颗粒作为绝缘性颗粒3。提供平均粒径为15nm的炭黑颗粒作为导电性颗粒21。提供二甲基甲酰胺作为溶剂。提供聚乙二醇作为有机材料22。
81.将绝缘性颗粒3、导电性颗粒21和有机材料22添加到溶剂中并搅拌，由此准备包括浓度为10mg/ml的绝缘性颗粒3、浓度为10mg/ml的导电性颗粒21以及浓度为10mg/ml的有机材料22的混合溶液。
82.接着，通过喷墨法来施加混合溶液，以形成膜形状的成形产物。将该成形产物在50℃下经过20分钟热处理，从而使溶剂从成形产物挥发。
83.以这种方式，获得样品#4作为气体吸附剂1。另外，除了将二氧化硅颗粒的平均粒径改变为30nm之外，以与样品#4的情况相同的方式获得样品#5作为另一气体吸附剂1。此外，除了将二氧化硅颗粒的平均粒径改变为100nm之外，以与样品#4的情况相同的方式获得样品#6作为又一气体吸附剂1。此外，除了将二氧化硅颗粒的平均粒径改变为500nm之外，以与样品#4的情况相同的方式获得样品#7作为又一气体吸附剂1。此外，除了将二氧化硅颗粒的平均粒径改变为1500nm之外，以与样品#4的情况相同的方式获得样品#8作为又一气体吸附剂1。
84.3.评价试验
85.对上述样品#4至#8以及为了确认导电性颗粒21的粒径的影响而制成的样品#3进行以下评价试验。
[0086]3‑
1.显微图观察
[0087]
通过扫描电子显微镜(sem)观察这些样品的各个表面以及这些样品的沿着与厚度
方向对齐的平面截取的截面。结果，在不包含绝缘性颗粒3的样品#3以及分别包含平均粒径为10nm的绝缘性颗粒3和平均粒径为30nm的绝缘性颗粒3的样品#4和#5中没有识别出空隙11。另一方面，在各自包含平均粒径为100nm或更大的绝缘性颗粒3的全部样品#6至#8中识别出空隙11。
[0088]
为了参考，样品#7(包含平均粒径为500nm的绝缘性颗粒3)、样品#8(包含平均粒径为1500nm的绝缘性颗粒3)和样品#3(不包含绝缘性颗粒3)的截面显微图分别在图4a、4b和4c中示出，并且它们的表面显微图分别在图5a、5b和5c中示出。从这些显微图可以看出，在样品#3中没有识别出空隙11，而在样品#7和#8中观察到如何产生附着于绝缘性颗粒3的吸附部2和空隙11以形成多孔结构。注意，在图4a所示的样品#7的截面显微图中，由于在截面中发生剥离，因此空隙11的存在仍然是可识别的，即使空隙的存在没有如图4b所示的样品#8中所示那样清楚。
[0089]
对于样品#7和#8，以下列方式来测量空隙11的直径。具体地，切断各个样品#7和#8以暴露它们的截面。将由此暴露的截面抛光，并且然后通过电子显微镜观察以捕获显微图。然后，绘制与在显微图上出现的空隙11的相应轮廓内切的圆，并且测量这些内切圆中最大的一个内切圆的直径。例如，针对10个空隙11测量内切圆的直径值，并且计算从这10个直径值中选择的排除了两个最大直径值和两个最小直径值的6个中间直径值的平均值，并且将其视为空隙11的直径。结果，空隙11的直径在样品#7中为191nm，以及在样品#8中为684nm。
[0090]3‑
2.传感器特性的评价
[0091]
使用具有与“1.导电性颗粒的粒径的影响的确认”部分中所描述的相同配置的气体传感器10，通过以下方法来确认各个样品的传感器特性。
[0092]
在传感器的第一端子81与第二端子82之间施加恒定电压的情况下，将气体传感器10置于在氮气流中，并且然后将苯甲醛添加至气流中持续约5秒，以具有1体积ppm的浓度。在该工艺期间，测量在第一端子81与第二端子82之间流动的电流量。基于测量结果来计算作为气体吸附剂1的各个样品的电阻值。
[0093]
图6示出各个样品的电阻值如何随时间变化。在图6中，横轴指示经过的时间。在从横轴标度上指示为30 秒的时间点到指示为35 秒的时间点为止的时间段期间，将苯甲醛添加到气流中。另一方面，纵轴指示各个样品的标准化电阻值。注意，通过将在氮气流中预先测量到的各样品的电阻值视为单位来定义标准化电阻值。图7示出在进行三次该试验的情形下自开始将苯甲醛添加到气流中起经过5秒时所测量到的各个样品的标准化电阻值的平均值。
[0094]
图6所示的结果揭示，在这些样品的各个样品中，电阻值在将苯甲醛添加到气流中的时间点开始增大，而在不再将苯甲醛添加到气流中时减小。
[0095]
在这些样品中，在未识别出空隙11的分别包含平均粒径为10nm的绝缘性颗粒3和平均粒径为30nm的绝缘性颗粒3的样品#4和#5中，电阻值没有如不包含绝缘性颗粒3的样品#3那样快速增大(即，表现出比样品#3更低的响应性)。
[0096]
另一方面，在各自包含平均粒径为100nm或更大的绝缘性颗粒3的样品#6至#8中，当将苯甲醛添加到气流中时，它们的电阻值比在样品#3中更快速地增大。特别是在包含平均粒径为100nm的绝缘性颗粒3的样品#6和包含平均粒径为500nm的绝缘性颗粒3的样品#7中(除其它之外，在样品#7中)，在经过了5秒的时间点的电阻值的变化率高于任何其它样
品。因此，确认为样品#6和#7表现出高灵敏度。
[0097]
如从示例性实施例和示例的前述描述可见，根据本发明的第一方面的气体吸附剂(1)包括绝缘性颗粒(3)、多个导电性颗粒(21)和有机材料(22)。多个导电性颗粒(21)和有机材料(22)附着于绝缘性颗粒(3)的表面以形成吸附颗粒(12)。多个这样的吸附颗粒(12)聚集在一起形成多孔结构。
[0098]
第一方面提供气体吸附剂(1)，其包含有机材料(22)和多个导电性颗粒(21)，并且使得其能够在暴露于气体时电阻值响应性地变化。
[0099]
在根据可以结合第一方面实现的本发明的第二方面的气体吸附剂(1)中，绝缘性颗粒(3)的平均粒径大于多个导电性颗粒(21)的平均粒径。
[0100]
第二方面增加了气体吸附剂(1)具有多孔结构的机会。
[0101]
在根据可以结合第一方面或第二方面实现的本发明的第三方面的气体吸附剂(1)中，绝缘性颗粒(3)的平均粒径是多个导电性颗粒(21)的平均粒径的3倍大或更大。
[0102]
第三方面增加了气体吸附剂(1)具有多孔结构的机会。
[0103]
在根据可以结合第一方面至第三方面中任一方面实现的本发明的第四方面的气体吸附剂(1)中，在多孔结构中产生的空隙(11)的直径大于多个导电性颗粒(21)的平均粒径。
[0104]
第四方面增加了气体吸附剂(1)具有多孔结构的机会。
[0105]
在根据可以结合第一方面至第四方面中任一方面实现的本发明的第五方面的气体吸附剂(1)中，多个导电性颗粒(21)和有机材料(22)以膜形状附着于绝缘性颗粒(3)的表面上。
[0106]
第五方面使得气体吸附剂(1)能够特别容易地吸附气体。
[0107]
在根据可以结合第一方面至第五方面中任一方面实现的本发明的第六方面的气体吸附剂(1)中，有机材料(22)包含聚合物。
[0108]
第六方面使得气体吸附剂(1)能够具有耐热性。
[0109]
在根据可以结合第一方面至第六方面中任一方面实现的本发明的第七方面的气体吸附剂(1)中，多个导电性颗粒(21)包括碳材料。
[0110]
第七方面特别显著地增加了气体吸附剂(1)在暴露于气体时引起其电阻值变化的机会。
[0111]
在根据可以结合第一方面至第七方面中任一方面实现的本发明的第八方面的气体吸附剂(1)中，多个导电性颗粒(21)的平均粒径落在10nm至30nm的范围内。
[0112]
第八方面增加了气体吸附剂(1)在吸附化学物质的情况下表现出灵敏度增加的机会。
[0113]
在根据可以结合第一方面至第八方面中任一方面实现的本发明的第九方面的气体吸附剂(1)中，绝缘性颗粒(3)的平均粒径落在100nm以上至小于1500nm的范围内。
[0114]
第九方面增加了气体吸附剂(1)在吸附化学物质的情况下表现出响应性增加的机会。
[0115]
根据本发明的第十方面的气体吸附装置(20)包括：根据第一方面至第九方面中任一方面的气体吸附剂(1)；以及基材构件(6)。气体吸附剂(1)的多个吸附颗粒(12)各自包括：绝缘性颗粒(3)；第一涂层(23)，其由多个导电性颗粒(21)形成，并且连续地涂覆绝缘性
颗粒(3)的表面；以及第二涂层(24)，其由有机材料(22)形成，并且连续地涂覆第一涂层(23)的表面。多孔结构是通过将多个吸附颗粒(12)连续地彼此连接、并且产生被多个吸附颗粒(12)中的相邻吸附颗粒包围的空隙(11)而形成的。气体吸附剂(1)在第一涂层(23)和第二涂层(24)其中至少之一上与基材构件(6)接触。
[0116]
第十方面提供气体吸附装置(20)，其包括气体吸附剂(1)，该气体吸附剂(1)包含有机材料(22)和多个导电性颗粒(21)，并且在暴露于气体的情况下气体吸附剂(1)的电阻值响应性地发生变化。
[0117]
根据本发明的第十一方面的气体传感器(10)包括：根据第一方面至第九方面中任一方面的气体吸附剂(1)或者根据第十方面的气体吸附装置(20)；以及电连接到气体吸附剂(1)的电极(5)。
[0118]
第十一方面提供气体传感器(10)，该气体传感器(10)包括气体吸附剂(1)，该气体吸附剂(1)包含有机材料(22)和多个导电性颗粒(21)，并且在暴露于气体的情况下气体吸附剂(1)的电阻值响应性地发生变化。
[0119]
根据本发明的第十二方面的气体吸附剂(1)的制造方法包括：准备包含有机材料(22)、多个导电性颗粒(21)、绝缘性颗粒(3)和溶剂的混合溶液；由混合溶液形成成形产物；以及使溶剂从成形产物挥发。
[0120]
第十二方面使得能够制造气体吸附剂(1)，该气体吸附剂包含有机材料(22)和多个导电性颗粒(21)，并且在暴露于气体的情况下气体吸附剂(1)的电阻值响应性地发生变化。
[0121]
根据可以结合第十二方面实现的本发明的第十三方面的气体吸附剂(1)的制造方法包括：通过形成成形产物的膜，将气体吸附剂(1)形成为膜形状。
[0122]
第十三方面使得能够通过增加气体吸附剂(1)的比表面积来使气体吸附剂(1)更容易地吸附气体中的化学物质。
[0123]
附图标记
[0124]
1 气体吸附剂
[0125]
11 空隙
[0126]
12 吸附颗粒
[0127]
2 吸附部
[0128]
21 导电性颗粒
[0129]
22 有机材料
[0130]
23 第一涂层
[0131]
24 第二涂层
[0132]
3 绝缘性颗粒
[0133]
5 电极
[0134]
10 气体传感器
[0135]
20 气体吸附装置