具有温度自补偿的多波导层Love波传播特性分析与气体传感应用研究

具有高灵敏度、低检测下限与良好稳定性能的限量气体检测设备在环境质量检测、重大生产事故预警与救援、突发公共事故防范与快速处置等领域具有重要意义。基于Love波模式的气体检测技术具有高灵敏度、对金属电极的良好保护以及可实现温度的自补偿等特点而具有极高的应用潜力。本项目旨在通过对多波导层结构的Love波传播特性、温度自补偿效应及相应气体传感机理的基础理论、材料与制备以及传感器系统实现等的研究，突破其中的关键技术，在国内外首次构建具有温度自补偿与高检测灵敏度的多波导层结构的Love波传感模型，并开展针对化学毒剂检测的应用研究。主要研究内容为：1）多波导层结构的Love波传播特性以及温度自补偿效应分析；2）覆盖聚合物敏感膜的Love波传感器响应机理研究；3）Love波传感器的功能结构与制备技术；4）Love波传感器的气体检测实验与性能评价。本项目的开展对于Love波气体传感器的实用化有着重要的意义。

Love波气体传感器因其体积小、成本低、灵敏度高和稳定性好等优点，在环境检测、重大生产事故预警、突发公共事故防范等领域显示出广阔的应用前景与重大的学术价值。本项目通过对多波导层的Love波传播特性的理论模型构建，器件优化设计以及气体传感器实验，突破其中的关键技术，达到了预期的研究目标：（1）基于层状介质中声波理论以及Tomar计算方法，对基于ST-90oX石英与SiO/SU-8双波导层结构中的Love波传播特性，即声波频散特性、温度特性进行了理论建模，从而提取出趋于零温度系数的器件结构设计参数；（2）基于上述理论优化结果，实验研制了这种具有趋于零的温度系数的温度自补偿的多波导层Love波延迟线器件，以该器件为频率控制单元，研制出了用于气体传感器的175MHz Love波双延迟线型振荡器，其频率稳定性达到了20Hz/小时以内，并表现出良好的温度稳定性，验证了理论模型；（3）以BSP3作为敏感膜，利用所研制的双延迟线型Love波振荡器为传感器核心构件，研制出了针对DMMP检测的新型Love波气体传感器。在针对DMMP的检测实验中，其灵敏度达到了500Hz/mg/m3，比SAW气体传感器高了超过一个数量级，并较好的验证了理论模型。在项目开展过程中，在国内外期刊以及会议上发表论文24篇（含接收一篇），其中SCI论文6篇（含接收一篇），EI收录10篇，申请专利2项，培养博士生1名，硕士生2名，超额完成了项目计划任务。