过去几十年里，气体传感器发展迅速，在许多领域中发挥了重要的作用。其中，声表面波气体传感器因其灵敏度高、几何尺寸小、装置相对简单、生产成本低等优点得到广泛应用。
以往关于声表面波气体传感器的研究主要集中在稳态响应机理方面，即在达到长时间稳定状态后，待测气体浓度与传感器输出之间的关系。而对于传感器的实时响应，目前仍缺乏一种直观的仿真模型。
为了描述声表面波气体传感器的实时响应机制,最近，中科院声学所超声技术中心博士生齐晓琳及其导师刘建生副研究员、何世堂研究员等人建立了仿真模型，有助于直观分析影响传感器响应的因素并优化传感器参数。相关研究成果已发表于国际学术期刊 Japanese Journal of Applied Physics。
研究人员基于微扰理论、朗缪尔方程和基本传输方程建立模型。利用微扰理论描述传感器输出与表面质量负载之间的正比关系，采用朗缪尔方程和基本传输方程描述气体在敏感膜上的吸附-解吸行为，并利用有限元软件COMSOL得到了质量负载曲线。
研究人员将制备的氧化锌量子点作为声表面波气体传感器的敏感膜，开展了吸附和解吸附磷酸二甲酯气体的实验。实验结果表明该气体传感器具有周期性，频率响应仿真曲线与实验结果吻合良好。
这种对气体在声表面波敏感膜上吸附-解吸的实验也适用于其他类型的声表面波气体传感器，有利于制作性能更高的声表面波气体传感器。
在后续研究中，研究人员将利用该模型分析影响声表面波气体传感器响应的因素，并对传感器进行优化设计。
图1 三维气室与二维模型的关系（图/中科院声学所）
图2 声表面波气体传感器质量负载曲线与频率偏移曲线对比（图/中科院声学所）
关键词：
声表面波；气体传感器；实时响应机理
参考文献：
QI Xiaolin, LIU Jiansheng, LIANG Yong, LI Junhong, HE Shitang. The response mechanism of surface acoustic wave gas sensors in real time. Japanese Journal of Applied Physics, 2019, 58(1): 014001. DOI: 10.7567/1347-4065/aat223.