淺析薄膜沉淀劑在氦氣流量計(jì)中的運(yùn)用
點(diǎn)擊次數(shù)：2635 發(fā)布時(shí)間：2021-01-08 07:22:02
薄膜在各種不同的應(yīng)用中正得到廣泛使用。由于自下而上的制造方法的進(jìn)步和納米材料的利用，在許多行業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)了從塊狀材料到薄膜的轉(zhuǎn)變。在本文中，我們著眼于受益于薄膜，氦氣流量計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域之一，并探討了為什么薄膜被用于許多不同類(lèi)型的流量計(jì)中。
為什么在氦氣流量計(jì)中使用薄膜
薄膜是沉積的制劑，涂層或?qū)訝畈牧希浜穸确秶鷱男∮诩{米（即原子單層）到幾微米。根據(jù)流量計(jì)的類(lèi)型，可以采用多種方法制造薄膜，這些方法包括化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，物理氣相沉積（PVD）方法（例如濺射和分子束外延），原子層沉積（ ALD）以及各種保形和非保形涂層技術(shù)。
薄膜已在氦氣流量計(jì)技術(shù)中找到了一系列用途，因?yàn)楸∧け仍S多散裝材料對(duì)局部環(huán)境的變化更敏感。這些流量計(jì)的薄性意味著它們通常具有較高的相對(duì)表面積，比塊狀材料更容易變形，并且膜的電導(dǎo)率和/或電阻率的細(xì)微變化更加明顯。所有這些特性非常適合用于各種類(lèi)型的傳感任務(wù)，例如，更輕松地吸收（或解吸）表面上的分子，用于撓性流量計(jì)或承受高溫環(huán)境。這種多功能性以及比薄膜流量計(jì)可以更小尺寸制造的事實(shí)，這就是為什么越來(lái)越多地使用薄膜的原因。
采用薄膜的氦氣流量計(jì)類(lèi)型
薄膜可以由多種材料制成，包括（但不限于）聚合物，納米材料，氧化物絡(luò)合物，熱電材料和硅基材料。因此，可以通過(guò)改變薄膜的成分（以及特性）來(lái)定制薄膜以適應(yīng)廣泛的應(yīng)用。在這里，我們來(lái)看一些受益于薄膜使用的不同類(lèi)型的流量計(jì)。
氣體流量計(jì)
薄膜可用于確定環(huán)境中各種氣態(tài)分子和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的濃度，包括氧氣，二氧化氮，有機(jī)胺，氨和乙醇等。薄膜具有高的表面積，以使氣態(tài)分子結(jié)合，并且在吸收時(shí)，薄膜內(nèi)的電導(dǎo)率和/或電阻率發(fā)生變化。即使局部變化很小，該變化也是可以測(cè)量的，并且吸收分子的數(shù)量相對(duì)于電導(dǎo)率/電阻率的變化（即，更大的吸收量等于更大的電變化，反之亦然），這使得這些分子可以集中被推導(dǎo)的氣體。
應(yīng)變流量計(jì)
薄膜的薄性使其比大塊材料更能彎曲和拉緊。與散裝材料相比，它們還更加穩(wěn)定并且抗斷裂。薄膜可用于測(cè)量局部應(yīng)變，例如在建筑行業(yè)的某些可穿戴設(shè)備或應(yīng)變儀中。隨著薄膜的變形，變形會(huì)導(dǎo)致薄膜的電子性能發(fā)生變化，從而可以測(cè)量和監(jiān)控任何應(yīng)變，應(yīng)力或異常運(yùn)動(dòng)。
熱通量流量計(jì)
薄膜已用于幾種不同類(lèi)型的熱通量氦氣流量計(jì)中。即熱電堆型和基于RTD的熱通量流量計(jì)。在熱電堆型流量計(jì)的情況下，薄膜熱電偶用于測(cè)量具有規(guī)定厚度的絕緣區(qū)域上的溫度差，通過(guò)沿溫度監(jiān)控路徑使用更多的熱電偶對(duì)可以實(shí)現(xiàn)更高的靈敏度。在基于RTD的流量計(jì)中，薄膜RTD用于測(cè)量絕緣材料定義區(qū)域上的溫度差。與熱電堆型薄膜流量計(jì)相比，基于RTD的薄膜氦氣流量計(jì)更易于制造并且具有更大的信號(hào)。
濕度流量計(jì)
以類(lèi)似于氣體氦氣流量計(jì)的方式，可以將薄膜用作發(fā)送組件，以測(cè)量環(huán)境的相對(duì)濕度。由于相對(duì)濕度取決于大氣中有多少水分子，因此高表面積吸收了水分子，這導(dǎo)致了薄膜電導(dǎo)率/電阻率的可測(cè)量且可量化的變化。這使得能夠根據(jù)水分子的濃度來(lái)處理環(huán)境的相對(duì)濕度。
腐蝕流量計(jì)
薄膜也可以用在流量計(jì)中，該流量計(jì)可以測(cè)量多個(gè)參數(shù)以確定涂層是否已經(jīng)退化，即使在早期也是如此。這些氦氣流量計(jì)可以測(cè)量涂層及其周?chē)h(huán)境的溫度，濕度，pH和氯化物含量，所有這些都可以用于確定涂層開(kāi)始腐蝕的時(shí)間，腐蝕副產(chǎn)物和腐蝕速率。這些流量計(jì)使用電化學(xué)機(jī)制，通過(guò)產(chǎn)生與這些反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物成線性比例的電流，來(lái)查看涂層上是否發(fā)生了氧化或還原。
為什么在氦氣流量計(jì)中使用薄膜
薄膜是沉積的制劑，涂層或?qū)訝畈牧希浜穸确秶鷱男∮诩{米（即原子單層）到幾微米。根據(jù)流量計(jì)的類(lèi)型，可以采用多種方法制造薄膜，這些方法包括化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，物理氣相沉積（PVD）方法（例如濺射和分子束外延），原子層沉積（ ALD）以及各種保形和非保形涂層技術(shù)。
薄膜已在氦氣流量計(jì)技術(shù)中找到了一系列用途，因?yàn)楸∧け仍S多散裝材料對(duì)局部環(huán)境的變化更敏感。這些流量計(jì)的薄性意味著它們通常具有較高的相對(duì)表面積，比塊狀材料更容易變形，并且膜的電導(dǎo)率和/或電阻率的細(xì)微變化更加明顯。所有這些特性非常適合用于各種類(lèi)型的傳感任務(wù)，例如，更輕松地吸收（或解吸）表面上的分子，用于撓性流量計(jì)或承受高溫環(huán)境。這種多功能性以及比薄膜流量計(jì)可以更小尺寸制造的事實(shí)，這就是為什么越來(lái)越多地使用薄膜的原因。
采用薄膜的氦氣流量計(jì)類(lèi)型
薄膜可以由多種材料制成，包括（但不限于）聚合物，納米材料，氧化物絡(luò)合物，熱電材料和硅基材料。因此，可以通過(guò)改變薄膜的成分（以及特性）來(lái)定制薄膜以適應(yīng)廣泛的應(yīng)用。在這里，我們來(lái)看一些受益于薄膜使用的不同類(lèi)型的流量計(jì)。
氣體流量計(jì)
薄膜可用于確定環(huán)境中各種氣態(tài)分子和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的濃度，包括氧氣，二氧化氮，有機(jī)胺，氨和乙醇等。薄膜具有高的表面積，以使氣態(tài)分子結(jié)合，并且在吸收時(shí)，薄膜內(nèi)的電導(dǎo)率和/或電阻率發(fā)生變化。即使局部變化很小，該變化也是可以測(cè)量的，并且吸收分子的數(shù)量相對(duì)于電導(dǎo)率/電阻率的變化（即，更大的吸收量等于更大的電變化，反之亦然），這使得這些分子可以集中被推導(dǎo)的氣體。
應(yīng)變流量計(jì)
薄膜的薄性使其比大塊材料更能彎曲和拉緊。與散裝材料相比，它們還更加穩(wěn)定并且抗斷裂。薄膜可用于測(cè)量局部應(yīng)變，例如在建筑行業(yè)的某些可穿戴設(shè)備或應(yīng)變儀中。隨著薄膜的變形，變形會(huì)導(dǎo)致薄膜的電子性能發(fā)生變化，從而可以測(cè)量和監(jiān)控任何應(yīng)變，應(yīng)力或異常運(yùn)動(dòng)。
熱通量流量計(jì)
薄膜已用于幾種不同類(lèi)型的熱通量氦氣流量計(jì)中。即熱電堆型和基于RTD的熱通量流量計(jì)。在熱電堆型流量計(jì)的情況下，薄膜熱電偶用于測(cè)量具有規(guī)定厚度的絕緣區(qū)域上的溫度差，通過(guò)沿溫度監(jiān)控路徑使用更多的熱電偶對(duì)可以實(shí)現(xiàn)更高的靈敏度。在基于RTD的流量計(jì)中，薄膜RTD用于測(cè)量絕緣材料定義區(qū)域上的溫度差。與熱電堆型薄膜流量計(jì)相比，基于RTD的薄膜氦氣流量計(jì)更易于制造并且具有更大的信號(hào)。
濕度流量計(jì)
以類(lèi)似于氣體氦氣流量計(jì)的方式，可以將薄膜用作發(fā)送組件，以測(cè)量環(huán)境的相對(duì)濕度。由于相對(duì)濕度取決于大氣中有多少水分子，因此高表面積吸收了水分子，這導(dǎo)致了薄膜電導(dǎo)率/電阻率的可測(cè)量且可量化的變化。這使得能夠根據(jù)水分子的濃度來(lái)處理環(huán)境的相對(duì)濕度。
腐蝕流量計(jì)
薄膜也可以用在流量計(jì)中，該流量計(jì)可以測(cè)量多個(gè)參數(shù)以確定涂層是否已經(jīng)退化，即使在早期也是如此。這些氦氣流量計(jì)可以測(cè)量涂層及其周?chē)h(huán)境的溫度，濕度，pH和氯化物含量，所有這些都可以用于確定涂層開(kāi)始腐蝕的時(shí)間，腐蝕副產(chǎn)物和腐蝕速率。這些流量計(jì)使用電化學(xué)機(jī)制，通過(guò)產(chǎn)生與這些反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物成線性比例的電流，來(lái)查看涂層上是否發(fā)生了氧化或還原。