應用航天航空的化學傳感器

 微機電系統（MEMS）技術的出現對于化學傳感器技術的發展及應用是十分重要的，尤其在于那些包括在惡劣環境下操作或者有安全隱患方面。正如將要在如下論述的那樣，化學微傳感器可以提供特有的信息方式，它能夠在降低系統或者過程成本的同時，大幅度提高安全性和可靠性。這樣的信息方式也可以被應用于提高系統性能和降低環境的影響。化學傳感器的數據也可以對物理測量，如溫度、壓力、熱通量等，進行測量，更可以全面地改善系統，進而擴充其性能。
    然而，即使是傳統的微米尺寸化學傳感器技術的應用也存在著一定問題的。化學傳感器通常需要特別的設計或者定制，才可以在一個結定的環境下進行操作。zui常見的例子莫過于．一個符合某種應用要求的化學傳感器在另一種應用要求下卻不能提供足夠的功能。環境要求越多、需求越專一，就越是需要去修改現有化學傳感器技術以迎合這些需求，或者。按照目前的需求來開發新的化學傳感器技術。判斷—個化學傳感器能否滿足應用時，會引用到相應的四個基本參數：靈敏度、選擇性、響應時間和穩定性。靈敏度是指傳感器對于所需化學種類在砌惑范圍內的探測能力。選擇性是指傳感器在存在妨礙氣體環境下對敏感種類的探測能力，這同時也可以產生一個傳感反應。反應時間是指當化學環境有所改變的時候，傳感器給出一個意圖信號（通常被定義為穩態信號的90％）所消耗的時間。zui后，穩定性是指傳感器隨時間在給定環境變化里的基線和反應的程度簡單地說，對于微化學傳感系統和宏觀化學傳感系統，都需要—個可以在給定環境中準確測定敏感種類的傳感器，要求它在應用中具有足夠強烈和快速的反應特性，而這些反應在其設計的工作壽命范圍內不允許有較大的漂移，從應用的角度講．找到一種可以提供所需求的靈敏度、選擇性、響應時間和穩定性的合適的傳感器材料通常是很困難的。
    化學傳感器的微加工所涉及的方面，遠遠不只是把一個普通尺度的傳感器縮小這么簡單。整個過程需要生產一種可作為可視的體顆粒傳感材料，以便能夠在需要進行小型化系統部分材料時進行制備。比如，一個可視的體顆粒化學傳感器可以由粉末作為zui初的原料．被置入一個顆版導線中，然后在高溫下燒結，以形成zui終的傳感器。然而，使用相同的初始材料，將材料置人襯底以形成更小或者更微觀的傳感器，通常都不具備可行性。確切地說，傳感器材料的薄膜或者厚膜必須可以自淀積到襯底上，作為zui低限度，還必須兼容傳感器以及可以實現與外界的連接。下面的帶有傳感器膜的襯底，在典型的顆粒傳感材料的燒結小不會被留下來。
    此外，對于具有表面傳感性能的許多化學傳感器，小型化的影響會非常巨大，而且會對傳感器敏感性和反應時間方面帶來重大改變。這些影響的一部分原因在于，傳感器薄膜通常內濺射之類的工藝制得，工藝對材料特性的影響更大。薄膜材料的“表面—體積”比率的結果要大于體材料，因此，對體傳感器影響程度很小的表面效應，卻會對簿膜傳感器帶來很大的影響。這些情形會極大地影響傷惑器的反應。比如，當暴露在高溫環境小的時候，氧化物會出現在傳感器的表面。在體材料中，這些氧化物僅占傳感器體積的很小部分，而在薄膜材料里，同樣厚度的氧化物卻占有傳感器體積的相當大部分。如果傳感器的檢測裝置依靠體傳導，這些氧化物就會通過改變傳感器體積特性從而嚴重影響到傳感器的反應。另外，薄膜傳感器上的應力可以降低傳感器的反應或者嚴重損害傳感器的結構，而這在體材料上只會轉變為較小的影響。因此，必須克服傳感器技術小型化過程中出現的這些新技術挑戰。