專利名稱：分析氣體混合物的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用化學(xué)傳感器和化學(xué)傳感器陣列的用于檢測和分析多組分氣體系統(tǒng)中各種氣體包括NOx、烴、一氧化碳和氧的設(shè)備。傳感器和傳感器陣列使用化學(xué)/電-活性材料檢測多組分氣體系統(tǒng)內(nèi)單獨氣體的存在和/或計算它的濃度。
背景技術(shù)：
使用化學(xué)檢測設(shè)備檢測某些氣體是已知的。已進行多種嘗試來發(fā)現(xiàn)對特定氣體具有選擇性和敏感性的材料。例如，US4535316公開了用于測量氧氣的電阻傳感器。還參見H.Meixner等人，Sensors andActuators，B33(1996)，198-202。顯然，對要被檢測的每種氣體必須使用不同的材料。但是，當氣體為多組分系統(tǒng)的一部分時，使用一種材料檢測特定氣體是困難的，因為材料對混合物的各種組分氣體有交叉靈敏度。
多組分氣體系統(tǒng)的一個例子是燃燒氣體排放物，其可包括氧氣、一氧化碳、氮氧化物、烴、CO2、H2S、二氧化硫、氫氣、水蒸氣、鹵和氨。參見H.Meixner等人，F(xiàn)resenius’J.Anal.Chem.，348(1994)536-541。在許多燃燒工藝中，需要測定氣體排放物是否滿足聯(lián)邦和州空氣質(zhì)量規(guī)章確定的要求。已發(fā)展了幾種氣體傳感器來滿足這種需要。參見例如US5630920，其公開了電化學(xué)氧傳感器；US4770760，其公開了用于檢測氧氣和氮氧化物的傳感器；和US4535316，其公開了用于測量氧氣的電阻傳感器。能同時分析混合物如燃燒氣體排放物的兩種或多種組分以例如僅根據(jù)通過氣體與傳感器直接接觸產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來計算濃度，而不必分離混合物中的任何氣體將是有利的?，F(xiàn)有技術(shù)方法目前不能滿足這種需要。
還公開了大量傳感器檢測從食品中析出的氣體，并用于涉及較低溫度的其它應(yīng)用。參見K.Albert等人，Chem.Rev.，200(2000)2595-2626。還公開了幾種未摻雜和摻雜氧化錫傳感器的陣列用于檢測達到450℃的各種燃燒氣體[參見C.Di Natale等人，Sensors andActuators B 20(1994)217-224；和J.Getino等人，Sensors andActuators，B33(1996)128-133]；研究操作溫度對氧化錫基傳感器陣列響應(yīng)的影響直到450℃。參見C.Di Natale等人，Sensors andActuators B 23(1995)187-191。但是，較高的溫度和化學(xué)傳感器用于監(jiān)測燃燒氣體的強腐蝕環(huán)境可改變或損害為低溫應(yīng)用開發(fā)的傳感器陣列的性能。因此高溫環(huán)境需要不同于本領(lǐng)域中先前已知那些的材料，這種材料既在化學(xué)上穩(wěn)定又熱穩(wěn)定，并在這種苛刻條件下保持對所關(guān)注氣體的可測量響應(yīng)。
滿足這種需要將允許使用化學(xué)傳感器測量燃燒排放物，如汽車廢氣，并確定這些排放物是否滿足功能和頒布的要求。另外，驚奇地發(fā)現(xiàn)，用于分析高溫氣體如汽車排放物的本發(fā)明設(shè)備可與分析低溫氣體具有同等效力地使用。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種直接檢測多組分氣體系統(tǒng)中氣體組分的方法，包括步驟(i)暴露包括至少兩種化學(xué)/電-活性材料的陣列的化學(xué)傳感器于多組分氣體系統(tǒng)，檢測響應(yīng)，并直接測量每種化學(xué)/電-活性材料的響應(yīng)。優(yōu)選化學(xué)/電-活性材料為半導(dǎo)體材料，多組分氣體系統(tǒng)為燃燒工藝排放物。測量的響應(yīng)可為電容、電壓、電流、AC阻抗或DC電阻的測量值。
本發(fā)明還提供用于直接檢測多組分氣體系統(tǒng)中氣體組分存在的化學(xué)傳感器，包括基質(zhì)；在所述基質(zhì)上的至少兩種化學(xué)/電-活性材料的陣列；和當暴露于系統(tǒng)中的所述分析物氣體組分時用于檢測來自所述化學(xué)/電-活性材料的響應(yīng)的裝置。優(yōu)選化學(xué)/電-活性材料為半導(dǎo)體材料，多組分氣體系統(tǒng)為燃燒工藝排放物。檢測的響應(yīng)可為電性質(zhì)如電容、電壓、電流、AC阻抗或DC電阻。該設(shè)備還可包含殼、用于測量檢測響應(yīng)的裝置和用于分析測得響應(yīng)結(jié)果以便確定分析物氣體組分的存在和/或濃度的裝置。
本發(fā)明還提供用于直接檢測多組分氣體系統(tǒng)中氣體組分存在和/或濃度的化學(xué)傳感器設(shè)備，包括基質(zhì)；沉積在所述基質(zhì)上的至少兩種化學(xué)/電-活性材料的陣列；用于檢測所述化學(xué)/電-活性材料在暴露于所述多組分氣體組分時電性質(zhì)變化的裝置；用于分析檢測的電性質(zhì)變化的結(jié)果以便確定所述氣體組分存在和/或濃度的裝置；和殼?；瘜W(xué)/電-活性材料可為半導(dǎo)體材料。
本發(fā)明的又一實施方案為用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)至少三種化學(xué)/電-活性材料的陣列，在暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；(b)用于在陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料電響應(yīng)的裝置；和(c)用于(i)從第一組至少兩種化學(xué)/電-活性材料的響應(yīng)檢測混合物中氣體子組存在和(ii)從第二組至少兩種化學(xué)/電-活性材料的響應(yīng)檢測混合物中單一組分氣體存在的裝置。
本發(fā)明的又一實施方案為用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)兩種或多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，當在選定溫度下暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；其中該化學(xué)/電-活性材料選自(i)包含M1Ox的化學(xué)/電-活性材料，(ii)包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料，和(iii)包含M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料中的任何一個或多個；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2和M3各自獨立選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)；和(b)用于在陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料電響應(yīng)的裝置。
在各種特定實施方案中，如果需要，該設(shè)備還可包括連續(xù)保持化學(xué)/電-活性材料在最小溫度為約500℃或以上的加熱器；和用于在除了化學(xué)/電-活性材料獨立電響應(yīng)以外沒有有關(guān)氣體混合物的信息時獲得與氣體混合物中組分存在或濃度相關(guān)的測定的裝置。
本發(fā)明還提供分析氣體的方法，如測定氣體混合物中一種或多種組分的存在或相對濃度有關(guān)的信息；或通過提供和/或使用本發(fā)明的設(shè)備控制工藝或設(shè)備操作的方法。
附圖描述

圖1描繪了化學(xué)/電-活性材料的陣列。
圖2為交指型電極圖案的示意圖，其中電極覆有介電覆層，并在化學(xué)/電-活性材料陣列中形成16個空白孔。
圖3描繪了化學(xué)/電-活性材料陣列中的電極圖案、電介質(zhì)圖案和傳感器材料圖案。
圖4為利用本發(fā)明設(shè)備測定NOx濃度的試運轉(zhuǎn)結(jié)果的標繪圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明為用于在可變溫度條件下直接檢測多組分氣體系統(tǒng)中一種或多種分析物氣體的方法和設(shè)備。術(shù)語“直接檢測”是指氣體敏感材料的陣列暴露于構(gòu)成多組分氣體系統(tǒng)的氣體混合物，如在流動氣流中。陣列可位于氣體混合物內(nèi)，更尤其在氣體混合物的源內(nèi)，如果需要的話?；蛘?，陣列可位于從在另一個位置處的氣體混合物源將其送往的室中。當氣體被送到陣列位于的室中時，氣體混合物可通過管道、導(dǎo)管或任何其它合適的氣體傳輸設(shè)備被移入和移出室。
當氣體敏感材料暴露于多組分氣體混合物時，可得到響應(yīng)，并且響應(yīng)將為氣體混合物中一種或多種分析物組分本身濃度的函數(shù)。傳感器材料將同時(或基本同時)暴露于分析物氣體中的每一種，并且分析物氣體不必為能進行混合物和/或它的一種或多種分析物氣體的分析而從多組分氣體混合物中物理分離。本發(fā)明可用于例如在可變溫度下獲得響應(yīng)，并因此檢測和/或測量氣體混合物如汽車排放物中燃燒氣體，如氧氣、一氧化碳、氮氧化物、烴如丁烷、CO2、H2S、二氧化硫、鹵、氫氣、水蒸氣、有機磷氣體和氨的濃度。
本發(fā)明利用敏感材料的陣列分析氣體混合物和/或其組分以例如得到響應(yīng)，來檢測系統(tǒng)中一種或多種獨立分析物氣體組分的存在和/或計算它的濃度。術(shù)語“陣列”是指空間上被分開的至少兩種不同材料，如例如圖1所示。陣列可包含例如3、4、5、6、8、10或12種氣體敏感材料，或根據(jù)需要為其它更大或更小的數(shù)。優(yōu)選為要被分析的混合物中的單一氣體或氣體子組的每一種提供至少一種傳感器材料。但是，可能希望提供對混合物中單一氣體組分和/或特定氣體子組響應(yīng)的一種以上傳感器材料。例如，可使用一組至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12個傳感器檢測混合物中一種或多種單一氣體組分和/或一個或多個氣體子組的存在和/或計算其濃度?？墒褂脗鞲衅鹘M(其可具有或不具有共有元件)得到對混合物中為單一氣體組分或氣體子組的分析物的響應(yīng)。至于子組，氣體子組為可包含或不包含自身也是分析物的單一氣體作為一員的分析物。
本發(fā)明用于檢測預(yù)期在氣流中存在的那些氣體。例如，在燃燒工藝中，預(yù)期存在的氣體包括氧氣、氮氧化物(如NO、NO2、N2O或N2O4)、一氧化碳、烴(如CnH2n+2，并同樣可為飽和或不飽和的，或被雜原子任選取代；和其環(huán)族和芳族類似物)、氨或硫化氫、二氧化硫、CO2或甲醇。關(guān)注的其它氣體可包括醇蒸汽、溶劑蒸汽、氫氣、水蒸氣和從飽和和不飽和烴、醚、酮、醛、金屬羰基合物、生物分子和微生物得到的那些。為所關(guān)注分析物的多組分氣體混合物組分可為單一氣體如一氧化碳；可為混合物中所含氣體一部分但不是全部的子組，如氮氧化物(NOx)或烴；或可為一種或多種單一氣體和一種或多種子組的組合。當氣體子組為分析物時，化學(xué)/電-活性材料將響應(yīng)多組分氣體混合物中子組成員共同的集體濃度。
化學(xué)/電-活性材料暴露于的混合物中包含的分析物氣體可為單一氣體、氣體在一起的子組、或與惰性氣體如氮氣混合的一種或多種氣體或子組。所關(guān)注的具體氣體為供體氣體和受體氣體。這些為給予電子到半導(dǎo)體材料的氣體，如一氧化碳、H2S和烴，或為從半導(dǎo)體材料接受電子的氣體，如O2、氮氧化物(通常描述為NOx)和鹵。當暴露于供體氣體時，n-型半導(dǎo)體材料將會電阻降低，電流增加，并因此由于I2R加熱而表現(xiàn)出溫度增加。當暴露于受體氣體時，n-型半導(dǎo)體材料將會電阻增加，電流降低，并因此由于I2R加熱而表現(xiàn)出溫度降低。對于p-型半導(dǎo)體材料，每種情況下出現(xiàn)相反的情形。
當材料暴露于包含一種或多種包含分析物氣體的混合物時，使用這些傳感器材料得到關(guān)于氣體混合物組成含量的信息如氣體濃度的測量值可基于該材料至少一種但優(yōu)選每一種和全部的電性質(zhì)的變化，如AC阻抗。還可根據(jù)傳感器材料的其它電性質(zhì)如電容、電壓、電流或AC或DC電阻的變化程度進行氣體混合物的分析?？赏ㄟ^例如測量恒定電壓下的溫度變化測定DC電阻的變化。傳感器材料這些示例性性質(zhì)之一的變化為氣體混合物內(nèi)分析物氣體分壓的函數(shù)，這又確定了分析物氣體分子變得在傳感器材料表面上吸附的濃度，從而影響該種材料的電響應(yīng)特性。通過使用化學(xué)/電-活性材料陣列，可利用暴露于包含一種或多種分析物氣體的混合物時材料表現(xiàn)出的各自響應(yīng)模式同時并直接檢測多組分氣體系統(tǒng)中至少一種氣體的存在和/或測量其濃度。本發(fā)明又可用于測定氣體系統(tǒng)的組成。圖1中示意地說明了這種原理，并在下面說明。
為了說明，下面考慮傳感器材料暴露于包含分析物氣體的混合物的理論示例。在得到響應(yīng)時，事件描述為正(+)，在沒有得到響應(yīng)時，事件描述為負(-)。材料1響應(yīng)氣體1和氣體2，但對氣體3不響應(yīng)。材料2響應(yīng)氣體1和氣體3，但對氣體2不響應(yīng)，和材料3響應(yīng)氣體2和氣體3，但對氣體1不響應(yīng)。
因此，如果由材料1、2和3組成的陣列給出對未知氣體的以下響應(yīng)，
則未知氣體將確定為氣體2。每種傳感器材料的響應(yīng)將為分析物氣體在混合物內(nèi)分壓和相應(yīng)的濃度或分析物氣體子組的集體濃度的函數(shù)；并且響應(yīng)可被量化或記錄為可處理的值，如數(shù)值。在這種情況下，可使用一種或多種響應(yīng)的值產(chǎn)生關(guān)于一種或多種分析物氣體在混合物內(nèi)存在的量化信息。在多組分氣體系統(tǒng)中，可使用化學(xué)統(tǒng)計學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或其它模式識別技術(shù)計算系統(tǒng)混合物中一種或多種分析物氣體的濃度。
使用的敏感材料為化學(xué)/電-活性材料?！盎瘜W(xué)/電-活性材料”為一種對混合物中至少一種單一氣體有電響應(yīng)的材料。一些金屬氧化物半導(dǎo)體材料、它們的混合物或金屬氧化物半導(dǎo)體與其它無機化合物的混合物是化學(xué)/電-活性的，并在本發(fā)明中是特別有用的。本文中使用的各種化學(xué)/電-活性材料的每一種在暴露于混合物和/或分析物氣體時優(yōu)選表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種類型和/或程度不同的可電檢測響應(yīng)。因此，可使用適當選擇的化學(xué)/電-活性材料的陣列分析多組分氣體混合物，如通過與分析物氣體相互作用，檢測分析物氣體，或測定混合物中一種或多種分析物氣體或子組的存在和/或濃度，而不管其中非關(guān)注的干擾氣體的存在。優(yōu)選每種氣體敏感材料的主要組分的摩爾百分數(shù)與其余中的每一種的摩爾百分數(shù)不同。
化學(xué)/電-活性材料可為任何類型，但尤其有用的是半導(dǎo)體金屬氧化物，如SnO2、TiO2、WO3和ZnO。這些特定的材料由于它們的化學(xué)和熱穩(wěn)定性而有利。化學(xué)/電-活性材料可為兩種或多種半導(dǎo)體材料的混合物，或半導(dǎo)體材料與無機材料的混合物，或它們的組合。所關(guān)注的半導(dǎo)體材料可被沉積在為絕緣體并在多組分氣體混合物的條件下穩(wěn)定的合適固體基質(zhì)上，如但不限于氧化鋁或二氧化硅。陣列于是采取沉積在基質(zhì)上的傳感器材料的形式。其它合適的傳感器材料包括整體或薄膜型單晶或多晶半導(dǎo)體、非晶態(tài)半導(dǎo)體材料和不是由金屬氧化物組成的半導(dǎo)體材料。在一種優(yōu)選的實施方案中，基質(zhì)不是氧化鋯。
在各種實施方案中，基質(zhì)可為由Al2O3、AlN和在較小程度上由BeO和SiC制成的高溫多層陶瓷。但是，氧化鋁含量是主要的，組合物的約92-96wt％是Al2O3。結(jié)構(gòu)由多個陶瓷層和穿過層用于電接觸的通孔組成，層之間金屬化。具有多個陶瓷層的大組件的熟知應(yīng)用是1983年用于大型計算機的IBM初創(chuàng)產(chǎn)品“熱傳導(dǎo)組件”(TCM)。組件具有33層，133個硅芯片通過倒裝焊接固定。
這種未燒結(jié)的柔韌陶瓷由氧化鋁粉末、有機粘合劑和溶劑組成。材料從容器被向下散布到下面的傳送載體上。通過在下面以精確控制的距離通過“刮刀”在傳送載體上給予陶瓷“帶”(“未燒結(jié)片”)適宜的厚度。帶被切成適當大小，并用數(shù)字控制的沖孔工具或為了給定產(chǎn)品的高產(chǎn)量而用永久產(chǎn)品專用沖孔工具沖壓出孔和成分腔。通過絲網(wǎng)印刷鎢(或鉬)完成通孔的金屬化和導(dǎo)體的制造。這些是能在隨后的燒結(jié)過程中承受高加工溫度的唯一金屬。所有層在液(或單軸)壓和高溫(500-600℃)下被層壓到一起使粘合劑和溶劑蒸發(fā)。然后在1370-1650℃下在氫氣氛中燒結(jié)整個結(jié)構(gòu)30-50小時。
對于小電路，許多模塊被制在一個基質(zhì)上，可通過在工藝結(jié)束時打破基質(zhì)使獨立電路分開。然后，在基質(zhì)銅焊上外觸點，最后可在表面上鍍金，鎳作為鎢上面的擴散阻擋層。如果能使導(dǎo)體圖案所有部分的電接觸，則優(yōu)選進行電鍍以獲得足夠的厚度和良好的導(dǎo)電性。否則，使用化學(xué)鍍。
在工藝中，陶瓷線性收縮大約18％。在電路設(shè)計中，在橫向上和厚度上都要考慮這一點，這影響特性阻抗。由于收縮是材料和工藝相關(guān)的，因此最后的電路一般具有線性尺寸公差0.5-1％。這些陶瓷基質(zhì)具有低TCE、與Si和GaAs以及無鉛的SMD元件的良好熱匹配，對特性阻抗的良好控制和良好的高頻性能。具有高產(chǎn)率的多個層是可能的，因為在層壓前可檢查每個層，并可丟棄有氣缺陷的層。其中氣缺陷為內(nèi)層中的電導(dǎo)率低(層電阻率～15mohm/sq)，介電常數(shù)高，這得到延遲的差的脈沖上升時間，并增加了功率損失和在非常高頻率下的串擾。
包含一種以上金屬的化學(xué)/電-活性材料不必為化合物或固溶體，而可為離散金屬和/或金屬氧化物的多相物理混合物。由于形成化學(xué)/電-活性材料的前體材料固態(tài)擴散的程度不同，因此最終的材料可表現(xiàn)出組成梯度，并且它們可為晶體或非晶態(tài)。合適的金屬氧化物為i)當在約400℃或更高的溫度時具有約1至約106ohm-cm、優(yōu)選約1至約105ohm-cm和更優(yōu)選約10至約104ohm-cm電阻率的那些；ii)對所關(guān)注的至少一種氣體表現(xiàn)出化學(xué)/電響應(yīng)的那些；和iii)穩(wěn)定并具有機械完整性的那些，即能粘著到基質(zhì)上并在工作溫度下不退化的那些。
金屬氧化物還可包含少量或痕量前體材料中存在的水合陽離子(hydration)和元素。
傳感器材料可任選地包含一種或多種能促進對基質(zhì)的粘著力或能改變傳感器材料電導(dǎo)、電阻或選擇性的添加劑。改變傳感器材料電導(dǎo)、電阻或選擇性的添加劑的例子包括Ag、Au或Pt，以及玻璃料。促進粘著力的添加劑的例子包括玻璃料，它們?yōu)樵诩訜釙r能轉(zhuǎn)變成玻璃或瓷釉的細磨無機礦物，或在固態(tài)時能保持其非晶態(tài)品質(zhì)的快速淬冷玻璃。玻璃料前體化合物在高溫下被熔化并被淬冷，通常通過快速將熔體倒入到流體如水中，或通過倒入旋轉(zhuǎn)的金屬輥。前體化合物通常為固體化合物如氧化物、硝酸鹽或碳酸鹽的機械混合物，或可從溶液中共沉淀或凝膠。玻璃料的合適前體材料包括堿金屬和堿土金屬鋁硅酸鹽和鋁硼硅酸鹽、銅、鉛、磷、鈦、鋅和鋯?？墒褂脭?shù)量為制造傳感器的化學(xué)/電-活性材料總體積的直到30體積％并優(yōu)選直到10體積％的作為添加劑的玻璃料。
如果需要，傳感器材料還可包含能例如催化所關(guān)注氣體氧化或促進對特定分析物氣體選擇性的添加劑；或包含一種或多種能將n型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)化成p型半導(dǎo)體或反之的摻雜劑?？墒褂脭?shù)量為制造傳感器的化學(xué)/電-活性材料的直到30重量％并優(yōu)選直到10重量％的這些添加劑。
使用的任何玻璃料或其它添加劑不需要一致或均勻地分布在整個制造的傳感器材料內(nèi)，而是可按照需要位于其特定表面上或靠近特定表面。如果需要，每種化學(xué)/電-活性材料可覆蓋有多孔電介質(zhì)覆層。
用作本發(fā)明中傳感器材料的化學(xué)/電-活性材料可為例如式M1Ox、M1aM2bOx或M1aM2bM3cOx的金屬氧化物，或它們的混合物，其中M1、M2和M3為在氧氣存在下在超過500℃時燒制時能形成穩(wěn)定氧化物的金屬；M1選自周期表2-15族和鑭系元素族；M2和M3各自獨立地選自周期表1-15族和鑭系元素族；M1和M2在M1aM2bOx中是不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是不同的；a、b和c各自獨立地在約0.0005至約1的范圍內(nèi)；和x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中存在的其它元素的電荷的數(shù)。
在一些優(yōu)選實施方案中，金屬氧化物材料可包括以下的那些，其中M1選自Ce、Co、Cu、Fe、Ga、Nb、Nd、Ni、Pr、Ru、Sn、Ti、Tm、W、Yb、Zn和Zr；和/或M2和M3各自獨立選自Al、Ba、B i、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、In、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Pr、Rb、Ru、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn和Zr；但其中M1和M2在M1aM2bOx中是不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是不同的。
在一些其它優(yōu)選實施方案中，金屬氧化物材料可包括以下的那些，其中M1Ox為CeOx、CoOx、CuOx、FeOx、GaOx、NbOx、NiOx、PrOx、RuOx、SnOx、TaOx、TiOx、TmOx、WOx、YbOx、ZnOx、ZrOx、SnOx與Ag添加劑、ZnOx與Ag添加劑、TiOx與Pt添加劑、ZnOx與玻璃料添加劑、NiOx與玻璃料添加劑、SnOx與玻璃料添加劑或WOx與玻璃料添加劑；和/或M1aM2bOx為AlaCrbOx、AlaFebOx、AlaMgbOx、AlaNibOx、AlaTibOx、AlaVbOx、BaaCubOx、BaaSnbOx、BaaZnbOx、BiaRubOx、BiaSnbOx、BiaZnbOx、CaaSnbOx、CaaZnbOx、CdaSnbOx、CdaZnbOx、CeaFebOx、CeaNbbOx、CeaTibOx、CeaVbOx、CoaCubOx、CoaGebOx、CoaLabOx、CoaMgbOx、CoaNbbOx、CoaPbbOx、CoaSnbOx、CoaVbOx、CoaWbOx、CoaZnbOx、CraCubOx、CraLabOx、CraMnbOx、CraNibOx、CraSibOx、CraTibOx、CraYbOx、CraZnbOx、CuaFebOx、CuaGabOx、CuaLabOx、CuaNabOx、CuaNibOx、CuaPbbOx、CuaSnbOx、CuaSrbOx、CuaTibOx、CuaZnbOx、CuaZrbOx、FeaGabOx、FeaLabOx、FeaMobOx、FeaNbbOx、FexNibOx、FeaSnbOx、FeaTibOx、FeaWbOx、FeaZnbOx、FeaZrbOx、GaaLabOx、GaaSnbOx、GeaNbbOx、GeaTibOx、InaSnbOx、KaNbbOx、MnaNbbOx、MnaSnbOx、MnaTibOx、MnaYbOx、MnaZnbOx、MoaPbbOx、MoaRbbOx、MoaSnbOx、MoaTibOx、MoaZnbOx、NbaNibOx、NbaNibOx、NbaSrbOx、NbaTibOx、NbaWbOx、NbaZrbOx、NiaSibOx、NiaSnbOx、NiaYbOx、NiaZnbOx、NiaZrbOx、PbaSnbOx、PbaZnbOx、RbaWbOx、RuaSnbOx、RuaWbOx、RuaZnbOx、SbaSnbOx、SbaZnbOx、ScaZrbOx、SiaSnbOx、SiaTibOx、SiaWbOx、SiaZnbOx、SnaTabOx、SnaTibOx、SnaWbOx、SnaZnbOx、SnaZrbOx、SraTibOx、TaaTibOx、TaaZnbOx、TaaZrbOx、TiaVbOx、TiaWbOx、TiaZnbOx、TiaZrbOx、VaZnbOx、VaZrbOx、WaZnbOx、WaZrbOx、YaZrbOx、ZnaZrbOx、AlaNibOx與玻璃料添加劑、CraTibOx與玻璃料添加劑、FeaLabOx與玻璃料添加劑、FeaNibOx與玻璃料添加劑、FeaTibOx與玻璃料添加劑、NbaTibOx與玻璃料添加劑、NbaWbOx與玻璃料添加劑、NiaZnbOx與玻璃料添加劑、NiaZrbOx與玻璃料添加劑、SbaSnbOx與玻璃料添加劑、TaaTibOx與玻璃料添加劑或TiaZnbOx與玻璃料添加劑；和/或M1aM2bM3cOx為AlaMgbZncOx、AlaSibVcOx、BaaCubTicOx、CaaCebZrcOx、CoaNibTicOx、CoaNibZrcOx、CoaPbbSncOx、CoaPbbZncOx、CraSrbTicOx、CuaFebMncOx、CuaLabSrcOx、FeaNbbTicOx、FeaPbbZncOx、FeaSrbTicOx、FeaTabTicOx、FeaWbZrcOx、GaaTibZncOx、LaaMnbNacOx、LaaMnbSrcOx、MnaSrbTicOx、MoaPbbZncOx、NbaSrbTicOx、NbaSrbWcOx、NbaTibZncOx、NiaSrbTicOx、SnaWbZncOx、SraTibVcOx、SraTibZncOx或TiaWbZrcOx。
在一些其它優(yōu)選實施方案中，金屬氧化物材料可包括在第一和第二化學(xué)/電-活性材料的陣列中的那些，其中該化學(xué)/電-活性材料選自下列組中的對(i)第一材料為M1Ox，第二材料為M1aM2bOx；(ii)第一材料為M1Ox，第二材料為M1aM2bM3cOx；(iii)第一材料為M1aM2bOx，第二材料為M1aM2bM3cOx；(iv)第一材料為第一M1Ox，第二材料為第二M1Ox；(v)第一材料為第一M1aM2bOx，第二材料為第二M1aM2bOx；和(vi)第一材料為第一M1aM2bM3cOx，第二材料為第二M1aM2bM3cOx；和其中M1選自Ce、Co、Cu、Fe、Ga、Nb、Nd、Ni、Pr、Ru、Sn、Ti、Tm、W、Yb、Zn和Zr；M2和M3各自獨立選自Al、Ba、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、In、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Pr、Rb、Ru、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn和Zr；但M1和M2在M1aM2bOx中是不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是不同的；a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中存在的其它元素的電荷的數(shù)。
在一些其它優(yōu)選實施方案中，兩種或多種化學(xué)/電-活性材料的陣列可選自(i)包括M1Ox的化學(xué)/電-活性材料，(ii)包括M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料，和(iii)包括M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2和M3各自獨立選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)。
M1例如可選自Al、Cr、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Sb、Sn、Ta、Ti和Zn，或選自Ga、Nb、Ni、Sb、Sn、Ta、Ti和Zn。M2、M3或M2和M3可選自La、Ni、Sn、Ti和Zn，或選自Sn、Ti和Zn。
陣列可包含其它數(shù)目的化學(xué)/電-活性材料，如四、五、六、七或八，它們中的每一種都可為例如上述包括M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料。但是，在其它實施方案中，陣列可具有其它種類材料如以下的組(a)當陣列包含4、5、6、7或8或更多種化學(xué)/電-活性材料時，化學(xué)/電-活性材料可選自(i)包括M1Ox的至少一種化學(xué)/電-活性材料和(ii)各自包括M1aM2bOx的至少3、4、5、6或7或更多種化學(xué)/電-活性材料；(b)當陣列包含4、5、6、7或8或更多種化學(xué)/電-活性材料時，化學(xué)/電-活性材料可選自(i)各自包括M1Ox的至少二種化學(xué)/電-活性材料和(ii)各自包括M1aM2bOx的至少2、3、4、5或6或更多種化學(xué)/電-活性材料；(c)當陣列包含4、5、6、7或8或更多種化學(xué)/電-活性材料時，化學(xué)/電-活性材料可選自(i)包括M1Ox的至少一種化學(xué)/電-活性材料、(ii)各自包括M1aM2bOx的至少2、3、4、5或6或更多種化學(xué)/電-活性材料和(iii)包括M1aM2bM3cOx的至少一種化學(xué)/電-活性材料；(d)當陣列包含4、5、6、7或8或更多種化學(xué)/電-活性材料時，化學(xué)/電-活性材料可選自(i)包括M1Ox的至少二種化學(xué)/電-活性材料、(ii)各自包括M1aM2bOx的至少1、2、3、4或5或更多種化學(xué)/電-活性材料和(iii)包括M1aM2bM3cOx的至少一種化學(xué)/電-活性材料；或(e)當陣列包含4、5、6、7或8或更多種化學(xué)/電-活性材料時，化學(xué)/電-活性材料可選自(i)各自包括M1aM2bOx的至少三種化學(xué)/電-活性材料和(ii)包括M1aM2bM3cOx的至少1、2、3、4或5或更多種化學(xué)/電-活性材料。
本發(fā)明設(shè)備中使用的化學(xué)/電-活性材料可選自以下組中的一個或多個包含AlaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CeO2的化學(xué)/電-活性材料，包含CraMnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraYbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuO的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaWbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiO的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含Pr6O11的化學(xué)/電-活性材料，包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含SnO2的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料。
包含WO3的化學(xué)/電-活性材料，和包含ZnO的化學(xué)/電-活性材料。
其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)。
對于下面的材料，優(yōu)選的a、b和c范圍大致如下對于AlaNibOx，a＝0.005-0.25和b＝0.75-0.995；對于CraMnbOx，a＝0.4-0.6和b＝0.4-0.6；對于CraTibOx，a＝0.985-0.9925和b＝0.0075-0.025或a＝0.025-0.075和b＝0.925-0.975；對于CraYbOx，a＝0.4-0.6和b＝0.4-0.6；對于CuaGabOx，a＝0.4-0.6和b＝0.4-0.6；對于CuaLabOx，a＝0.15-0.45和b＝0.55-0.85；對于FeaLabOx，a＝0.965-0.995和b＝0.005-0.035；對于FeaNibOx，a＝0.55-0.85和b＝0.15-0.45；對于FeaTibOx，a＝0.4-0.6和b＝0.4-0.6；對于GaaTibZncOx，a＝0.005-0.015，b＝0.1-0.3和c＝0.65-0.95；對于MnaTibOx，a＝0.4-0.6和b＝0.4-0.6；對于NdaSrbOx，a＝0.925-0.975和b＝0.025-0.075；對于NbaTibOx，a＝0.005-0.15和b＝0.85-0.995；對于NbaTibZncOx，a＝0.005-0.015、b＝0.1-0.3和c＝0.65-0.95；對于NbaWbOx，a＝0.925-0.975和b＝0.025-0.075；對于NiaZnbOx，a＝0.4-0.97和b＝0.03-0.6；對于SbaSnbOx，a＝0.025-0.075和b＝0.925-0.975；對于TaaTibOx，a＝0.005-0.15和b＝0.85-0.995；和對于TiaZnbOx，a＝0.085-0.175和b＝0.825-0.915。
本發(fā)明中使用的化學(xué)/電-活性材料還可選自從上面列舉中所述的整個組中刪除任何一個或多個成員形成的前述子組。因此，在這種情況下，化學(xué)/電-活性材料可不僅為選自由上述列舉中所述整個組形成的任何大小的任何子組中的任何一個或多個成員，而且子組還可排除已被從整個組中刪除形成子組的成員。此外，通過從上述列舉中的整個組中刪除各種成員形成的子組可包含任意數(shù)量的整個組的成員，從而被排除形成子組的整個組的這些成員不在子組中。下面描述代表性子組。
包含M1Ox的化學(xué)/電-活性材料可例如選自包含CeO2的化學(xué)/電-活性材料，包含CuO的化學(xué)/電-活性材料，包含NiO的化學(xué)/電-活性材料，包含Pr6O11的化學(xué)/電-活性材料，包含SnO2的化學(xué)/電-活性材料，包含WO3的化學(xué)/電-活性材料，和包含ZnO的化學(xué)/電-活性材料。
在上述中，由包含CeO2的化學(xué)/電-活性材料，包含SnO2的化學(xué)/電-活性材料，和包含ZnO的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個成員可包含玻璃料添加劑，但在需要時，包含M1Ox的其它材料也可包含玻璃料添加劑。
包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料或包含M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料可選自包含AlaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraMnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraYbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaWbOx的化學(xué)/電-活性材料，
包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料。
在上述中，由包含AlaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaWbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個成員可包含玻璃料添加劑，但在需要時，包含M1aM2bOx或包含M1aM2bM3cOx的其它材料也可包含玻璃料添加劑。
在本發(fā)明的設(shè)備中，包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料可選自由包含AlaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含F(xiàn)eaLabOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含F(xiàn)eaNibOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含F(xiàn)eaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含F(xiàn)eaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含AlaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含AlaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含NbaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，
或由包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CraMnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含CraYbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraYbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CraYbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含F(xiàn)eaLabOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CraMnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraYbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含F(xiàn)eaLabOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CraYbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含F(xiàn)eaTibOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CraMnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員。
在本發(fā)明的設(shè)備中，包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料或包含M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料可選自由包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，
或由包含AlaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含F(xiàn)eaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含NbaWbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CraYbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含NbaWbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員。
在本發(fā)明的設(shè)備中，包含M1Ox的化學(xué)/電-活性材料、包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料或包含M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料可選自由包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含SnO2的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含SnO2的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含Pr6O11的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，
或由包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含Pr6O11的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CraMnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含Pr6O11的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，在本發(fā)明的設(shè)備中，包含M1Ox的化學(xué)/電-活性材料或包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料可選自由包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含SnO2的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含SnO2的化學(xué)/電-活性材料，和包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含SnO2的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，
包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含ZnO的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含ZnO的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含ZnO的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含ZnO的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含ZnO的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含AlaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraMnbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含CuO的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CraMnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuO的化學(xué)/電-活性材料，和包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含CuO的化學(xué)/電-活性材料，包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含Pr6O11的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含Pr6O11的化學(xué)/電-活性材料，和包含WO3的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員，或由包含AlaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraMnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuO的化學(xué)/電-活性材料，包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含Pr6O11的化學(xué)/電-活性材料，和包含WO3的化學(xué)/電-活性材料組成的組中的一個或多個或全部成員。
為形成為M1aM2bOx或M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料，可用正丙醇混合粉末形式的組分金屬氧化物，過篩至細目并球磨，輥軋或使用Mueller玻璃板混合器制備成糊料。任何沉積化學(xué)/電-活性材料到基質(zhì)上的方法都是合適的。用于沉積的一種技術(shù)是在其上絲網(wǎng)印刷了電極的氧化鋁基質(zhì)上涂敷半導(dǎo)體材料?？赏ㄟ^手刷半導(dǎo)體材料到基質(zhì)上、用滴管吸取材料到孔內(nèi)、薄膜沉積或厚膜印刷技術(shù)在電極上面沉積半導(dǎo)體材料。大多數(shù)技術(shù)隨后是煅燒，并在850-1050℃下最終燒制以燒結(jié)半導(dǎo)體材料。
圖2-3中圖示了用于絲網(wǎng)印刷具有電極和化學(xué)/電-活性材料的基質(zhì)的技術(shù)。圖2描述了使用覆蓋有電介質(zhì)材料的交指型電極的方法，形成可沉積入化學(xué)/電-活性材料的空白孔。圖3描述了6種材料的陣列的電極屏罩圖案，其被印刷在基質(zhì)的兩面上以提供12種材料的陣列芯片。電極中的兩個是并聯(lián)的，從而它只持有6種獨特的材料。從圖3所示陣列的頂向下數(shù)，頂部兩種材料只能同時被它們共同接觸的分段電極訪問。在那以下是電介質(zhì)材料的屏罩圖案，其被絲網(wǎng)印刷在基質(zhì)兩面上電極的頂部，以防止材料通過接觸氣體混合物被污染，如可降低傳感器材料對氣體敏感性或引起短路的煙炱沉積物。在那以下是實際傳感器材料的屏罩圖案。它被印刷在電極頂部電介質(zhì)中的孔中。當在陣列中使用超過一種材料時，每次印刷一種單獨材料。
在陣列中制造的傳感器材料的幾何形狀，包括它的厚度這種特征，用作傳感器的化合物或組合物的選擇，和在陣列上施加的電壓可根據(jù)需要的敏感性變化。如果需要，可構(gòu)造一定大小的設(shè)備使得它可通過直徑不超過約150mm，或不超過約100mm，或不超過約50mm，或不超過約25mm，或不超過約18mm的圓大小的開孔，這可由它用途的要求規(guī)定。傳感器材料優(yōu)選在通過傳感器材料施加約1至約20優(yōu)選約1至約12伏電壓的電路中并聯(lián)。
如所述，可測量的電響應(yīng)特性的類型包括AC阻抗或電阻、電容、電壓、電流或DC電阻。優(yōu)選使用電阻作為被測量的傳感器材料電響應(yīng)特性來進行氣體混合物和/或其中組分的分析。例如，合適的傳感器材料可為這樣一種，即在約400℃或更高的溫度下具有至少約1ohm-cm，并優(yōu)選至少約10ohm-cm，但不超過約106ohm-cm，優(yōu)選不超過約105ohm-cm，更優(yōu)選不超過約104ohm-cm的電阻率。這種傳感器材料特征還在于，與不暴露時的電阻相比，當暴露于氣體混合物時，優(yōu)選在約400℃或更高的溫度下，其表現(xiàn)出至少約0.1％，并優(yōu)選至少約1％的電阻變化。
不管為了分析混合物和/或其中感興趣的氣體組分而測量的響應(yīng)特性的類型如何，都希望應(yīng)使用這種響應(yīng)特性的量化值在長期時間內(nèi)穩(wěn)定的傳感器材料。當傳感器材料暴露于包含分析物的混合物時，分析物的濃度為包含其的具體氣體混合物組成的函數(shù)，傳感器材料的響應(yīng)值優(yōu)選在暴露于混合物的過程中在長期時間內(nèi)在恒定溫度下保持不變或變化只有很小的程度。例如，響應(yīng)值(如果變化的話)在至少約1分鐘的時間內(nèi)、或優(yōu)選數(shù)小時內(nèi)如至少約1小時、優(yōu)選至少約10小時、更優(yōu)選至少約100小時和最優(yōu)選至少約1000小時內(nèi)變化不超過約20％，優(yōu)選不超過約10％，較優(yōu)選不超過約5％，最優(yōu)選不超過約1％。上述類型傳感器材料的一個優(yōu)點在于它們特征在于響應(yīng)的這種穩(wěn)定性。
當陣列暴露于氣體混合物時，測定每種化學(xué)/電-活性材料的電響應(yīng)，用于測定響應(yīng)的裝置包括使傳感器材料互相連接的導(dǎo)體。導(dǎo)體又連接到電輸入和輸出電路上，包括適于測量和記錄傳感器材料表現(xiàn)出的電信號形式的響應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取和控制設(shè)備。響應(yīng)值如關(guān)于電阻的測量值可用信號的大小指示。傳感器陣列可產(chǎn)生關(guān)于混合物中每種分析物組分的一種或多種信號，不管分析物是一種或多種單一氣體和/或一種或多種氣體子組。
測定每種單獨化學(xué)/電-活性材料與其它化學(xué)/電-活性材料的每一種分開的電響應(yīng)。這可通過用電流順序訪問每種化學(xué)/電-活性材料來完成，使用多路調(diào)制器提供一種材料和另一種之間在例如時間范圍或頻率范圍內(nèi)區(qū)分的信號。因此優(yōu)選化學(xué)/電-活性材料不應(yīng)在串聯(lián)電路中與任何其它這種材料連接。不過通過電流到化學(xué)/電-活性材料的一個電極可被布置與一種以上的材料接觸。電極可與陣列中化學(xué)/電-活性材料的全部或少于全部接觸。例如，如果陣列具有12種化學(xué)/電-活性材料，則電極可與化學(xué)/電-活性材料的2、3、4、5或6(或任選地在每種情況下更多)組的組中每個成員接觸。電極將優(yōu)選被布置允許電流順序通過該化學(xué)/電-活性材料的組中的每一個成員。
可使用導(dǎo)體如印刷電路連接電源到傳感器材料上，并當在傳感器材料上施加電壓時，就產(chǎn)生通過材料的相應(yīng)電流。盡管電壓可為AC或DC，但電壓大小一般保持不變。得到的電流與施加的電壓和傳感器材料的電阻成比例?？蓽y定電流、電壓或電阻形式的材料響應(yīng)，用于此的設(shè)備包括商業(yè)模擬電路元件如精密電阻器、濾波電容器和運算放大器(如OPA4340)。由于電壓、電流和電阻各自為其它兩個電性質(zhì)的已知函數(shù)，因此已知的一個性質(zhì)的量可被容易地轉(zhuǎn)化成另外一個的量。
可結(jié)合例如電響應(yīng)的數(shù)字化來測定電阻。用于數(shù)字化電響應(yīng)的裝置包括模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，這在本領(lǐng)域中是已知的，并可包括例如涉及比較器運算的電子元件和電路。按上面所述由在傳感器材料上施加電壓得到的電壓信號形式的電響應(yīng)用作比較器部分(如LM339)的輸入。比較器的另一輸入由通過使用從運算放大器(如LT1014)和外部晶體管(如PN2007a)設(shè)定的恒定電流源為電容器充電產(chǎn)生的線性斜坡來推動。用微計算機(如T89C51CC01)控制和監(jiān)控斜坡。第二個比較器部分也通過斜坡電壓推動，但好比是精密基準電壓。微計算機捕獲從斜坡開始到比較器激活的時間長度以產(chǎn)生基于計量時間的信號。
然后通過微計算機由從材料電壓輸出得到的時間信號與對應(yīng)于已知檢查電壓和最后對應(yīng)于檢查電壓函數(shù)的電阻的時間信號的比計算傳感器材料的電阻或?qū)⑵淞炕癁橹怠Ｎ⑻幚砥餍酒鏣89C51CC01可用于此功能。微處理器芯片還可用作通過比較上面測得的電阻與先前測得的電阻值來測定傳感器材料電阻變化的裝置。
例如可通過使用電路元件如阻抗計、電容計或電感計測定電性質(zhì)如阻抗或電容。
用于數(shù)字化化學(xué)/電-活性材料陣列的溫度的裝置可包括例如上述將代表溫度測量設(shè)備的物理性質(zhì)、狀態(tài)或條件的信號轉(zhuǎn)換成基于計量時間的信號的元件。
在一種實施方案中，當按上述方式產(chǎn)生電響應(yīng)如電阻時結(jié)束多組分氣體混合物的分析。由于傳感器材料在暴露于氣體混合物時表現(xiàn)出的電阻測量值為一種或多種組分氣體在混合物內(nèi)分壓的函數(shù)，因此測量的電阻提供了有關(guān)氣體混合物組成的有用信息。信息可例如表示混合物內(nèi)是否存在特定氣體或氣體子組。但是，在其它實施方案中，可能優(yōu)選以必要的方式處理或進一步處理電響應(yīng)，以得到關(guān)于混合物內(nèi)一種或多種組分氣體或氣體子組濃度的信息，或計算一種或多種組分氣體或子組在混合物內(nèi)的實際濃度。
用于獲得關(guān)于一種或多種單獨組分氣體和/或一種或多種氣體子組在混合物內(nèi)的相對濃度或關(guān)于混合物內(nèi)一種或多種單獨組分氣體和/或子組的檢測存在性的測定值或信息或計算實際濃度的手段可包括模擬算法，該模擬算法結(jié)合PLS(Projection onto Latent Systems)模型、反向擴散神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或兩者的組合以及信號預(yù)處理和輸出后處理。信號預(yù)處理包括但不限于這種運算，如主成分分析、簡單線性轉(zhuǎn)換和換算、對數(shù)和自然對數(shù)轉(zhuǎn)換、原始信號值(如電阻)差分和對數(shù)值差分。算法包含參數(shù)已被預(yù)先確定并且根據(jù)經(jīng)驗?zāi)M預(yù)處理輸入信號和所關(guān)注物種氣體濃度相關(guān)信息之間關(guān)系的模型。輸入后處理包括但不限于上面列出的所有運算以及它們的反運算。
使用常數(shù)、系數(shù)或其它因子從單獨傳感器材料對預(yù)期作為要被分析混合物中組分存在的特定單獨氣體或子組的精確測量電響應(yīng)的預(yù)定值特征得到的方程構(gòu)建模型?？梢砸钥紤]溫度作為與傳感器材料暴露于氣體混合物時表現(xiàn)出的電響應(yīng)孤立和無關(guān)的任何方式構(gòu)建方程。陣列中的每種單獨傳感器材料在其對混合物中至少一種組分氣體或子組的響應(yīng)上不同于其它傳感器中的每一個，測定每個傳感器的這些不同響應(yīng)，并用于構(gòu)建模型中使用的方程。
陣列中的溫度變化可用傳感器材料電響應(yīng)特性如電阻的量化值變化來指示。在混合物中所關(guān)注氣體的恒定分壓下，傳感器材料電響應(yīng)特性的值可隨陣列和因而該材料的溫度變化而改變。為了確定或測量溫度變化程度或相應(yīng)的值，可測量電響應(yīng)特性的這種值變化。不需要但優(yōu)選與氣體混合物組成含量有關(guān)信息無關(guān)地進行這種溫度測量。這可通過不使用為了另外測量溫度提供組成信息的傳感器來完成，任選地，通過并聯(lián)電路而不是串聯(lián)使溫度測量設(shè)備與傳感器材料連接。用于測量溫度的裝置包括熱電偶或結(jié)合傳感器陣列的高溫計。如果溫度測定設(shè)備為熱敏電阻器，其一般為對分析物氣體不響應(yīng)的材料，則熱敏電阻器優(yōu)選由與制造任何一個氣體傳感器的材料不同的材料制成。不管測量溫度或溫度變化的方法如何，陣列的溫度值或量化溫度范圍都是想要的輸入量，優(yōu)選為數(shù)字化形式，從其可進行氣體混合物和/或其中組分的分析。
在本發(fā)明的方法和設(shè)備中，不象各種現(xiàn)有技術(shù)，不需要為了進行分析而分離混合物的組分氣體，如通過膜或電解池。當利用本發(fā)明進行分析時，也不需要使用參比氣體，如為了使響應(yīng)或分析結(jié)果返回到基線值，或根據(jù)參比狀態(tài)調(diào)整響應(yīng)或分析結(jié)果。初步試驗除外，在初步試驗中，測定為每種單獨傳感器材料暴露于每種單獨分析物氣體而分配的標準化響應(yīng)值，傳感器材料只暴露于包含分析物氣體和/或子組的混合物。為了得到響應(yīng)值與那些暴露于包含分析物的混合物得到的進行比較，傳感器材料不暴露于任何其它氣體。因此只從化學(xué)/電-活性材料暴露于包含分析物的混合物時得到的電響應(yīng)以連續(xù)方式進行混合物的分析。利用傳感器材料對混合物內(nèi)所包含的除分析物本身外的任何氣體的暴露推斷不出關(guān)于分析物氣體和/或子組的信息。因此，在除了化學(xué)/電活性材料在陣列中的單個中響應(yīng)以外沒有有關(guān)該氣體混合物的信息的情況下，可以確定某組分在該氣體混合物中的存在性或濃度。
因此本發(fā)明在汽車排放系統(tǒng)中存在的高溫下一般在約400℃-約1000℃的范圍內(nèi)是有用的。但是，除了汽油和柴油內(nèi)燃機外，還有本發(fā)明可適用的各種其它燃燒工藝，包括如來自于化學(xué)制造、發(fā)電、廢物焚化和空氣加熱的各種煙道或燃燒爐排放物。這些應(yīng)用需要檢測ppm至百分率水平的氣體，如氮氧化物、氨、一氧化碳、烴和氧氣，且一般在高腐蝕環(huán)境中。
當多組分氣體混合物包括氮氧化物、烴、氨或本文中提及的任何其它氣體中的任何一種或全部時，可使用本設(shè)備測定多組分氣體混合物中氮氧化物、氨和/或烴的存在和/或濃度。本設(shè)備還可用于測定可在多組分氣體混合物中存在的本文提及的任意一種或多種其它氣體的存在和/或濃度。為此，在本發(fā)明的設(shè)備中，包含M1Ox的化學(xué)/電-活性材料、包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料和包含M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料中一種或多種的電響應(yīng)可涉及到氣體混合物內(nèi)氮氧化物的存在、氣體混合物內(nèi)氨的存在、氣體混合物內(nèi)烴的存在、氣體混合物內(nèi)所有氮氧化物的集體濃度、氣體混合物內(nèi)氨的濃度和/或氣體混合物內(nèi)烴的濃度中的一種或多種。在本發(fā)明的設(shè)備中，一種或多種化學(xué)/電-活性材料的電響應(yīng)還能區(qū)分氮氧化物和氨的存在和/或濃度，并可用于測定燃燒廢氣中的空氣/燃料比λ，或可與單獨的λ傳感器聯(lián)合。
本發(fā)明還用于檢測和測量其它系統(tǒng)中的氣體，其它系統(tǒng)如氣味檢測非常重要和/或在較低溫度下的那些，如在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)或食品和飲料工業(yè)中，或在建筑通風(fēng)系統(tǒng)或運輸車輛中。化學(xué)/電-活性材料的陣列可用于例如補充或校準氣相色譜法的結(jié)果。
因此本發(fā)明提供用于直接檢測多組分氣體系統(tǒng)中一種或多種氣體存在和/或濃度的方法和設(shè)備，包括被選擇用于檢測多組分氣流中分析物氣體或氣體子組的至少兩種化學(xué)/電-活性材料的陣列。多組分氣體系統(tǒng)可基本處于不會低至或高至損壞傳感器材料或傳感器設(shè)備以其它方式出錯的任何溫度下。在一種實施方案中，氣體系統(tǒng)可處于較低的溫度如室溫(約25℃)下或另外在約0℃至小于約100℃的范圍內(nèi)，而在其它實施方案中，氣體混合物可在較高的溫度下如在約400℃至約1000℃或更高的范圍內(nèi)。因此，氣體混合物可具有約0℃或更高、約100℃或更高、約200℃或更高、約300℃或更高、約400℃或更高、約500℃或更高、約600℃或更高、約700℃或更高、約800℃或更高的溫度，但小于約1000℃、小于約900℃、小于約800℃、小于約700℃、小于約600℃、小于約500℃、小于約400℃、小于約300℃、小于約200℃或小于約100℃。
在氣體混合物超過約400℃的應(yīng)用中，傳感器材料和陣列的溫度為基本只是并優(yōu)選單單是包含氣體分析物的氣體混合物的溫度的結(jié)果。這一般為可變溫度。當分析高溫氣體時，可能希望提供具有陣列的加熱器以將傳感器材料快速帶到最小溫度。但是，一旦分析開始，一般就關(guān)掉加熱器(如果使用的話)，并不提供保持傳感器材料在預(yù)定溫度的方法。傳感器材料的溫度因此升高或降低至與周圍環(huán)境溫度相同的程度。周圍環(huán)境和相應(yīng)傳感器和陣列的溫度一般為基本只是陣列暴露于的氣體混合物的溫度的結(jié)果。
在氣體混合物低于約400℃的應(yīng)用中，可能優(yōu)選保持傳感器材料和陣列在約200℃或以上的預(yù)定溫度，并優(yōu)選400℃或以上。這種預(yù)定的溫度可基本是不變的，或優(yōu)選是不變的。預(yù)定溫度還可為約500℃或以上、約600℃或以上、約700℃或以上、約800℃或以上、約900℃或以上、或約1000℃或以上。這可利用與陣列結(jié)合的加熱器以本領(lǐng)域中已知的方式方便地實現(xiàn)。如果需要，可為每種獨立的化學(xué)/電-活性材料提供獨立的微加熱器裝置，并且任何一種或多種材料可被加熱至相同或不同的溫度。在這種情況下，氣體混合物的溫度還可低于約300℃，低于約200℃，低于約100℃，或低于約50℃。在這些低溫應(yīng)用中，用于加熱化學(xué)/電-活性材料的裝置可為電壓在約10-3至約10-6伏范圍內(nèi)的電源。放置材料的基質(zhì)可由選自硅、碳化硅、氮化硅和含電阻摻雜劑的氧化鋁中的一種或多種的材料制成。在這些低溫應(yīng)用中使用的設(shè)備經(jīng)常小至足以放在人手中。
但是，這種加熱技術(shù)也適用于高溫氣體分析。當氣體混合物的溫度超過約400℃時，在可選實施方案中，可用加熱器將傳感器材料連續(xù)保持在可高于氣體混合物溫度的最小預(yù)定溫度上。這種預(yù)定溫度可為約500℃或更高、約600℃或更高、約700℃或更高、約800℃或更高、約900℃或更高或約1000℃或更高。在一些情況下，盡管氣體的溫度可能高于這種預(yù)定溫度，但如果需要連續(xù)保持傳感器材料在預(yù)定溫度的最小值，則加熱器仍然要可用于循環(huán)。
要被分析的氣體混合物可由工藝排放出，或可為傳遞到設(shè)備的化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。在這種情況下，本發(fā)明的設(shè)備還可包括用于利用陣列的電響應(yīng)和任選的溫度測量值以控制工藝或設(shè)備的裝置。
用于利用傳感器材料的電響應(yīng)和任選的溫度測量值以控制工藝或設(shè)備的裝置包括控制例如內(nèi)燃機中發(fā)生的燃燒化學(xué)反應(yīng)或控制發(fā)動機自身或其中相關(guān)部件或裝備的決策程序。
燃燒為在發(fā)動機缸內(nèi)發(fā)生烴燃料氧化化學(xué)反應(yīng)的工藝。發(fā)動機為傳送化學(xué)反應(yīng)成效的設(shè)備，該成效為燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的力成為移動缸內(nèi)活塞需要的功。排放多組分氣體混合物的工藝的另一個例子是發(fā)生在燃料電池中的化學(xué)反應(yīng)，傳送化學(xué)反應(yīng)成果的設(shè)備的其它例子為鍋爐，如熔爐中使用的鍋爐或發(fā)電用鍋爐，或煙道中的滌氣器，廢氣被傳送到這里進行減輕污染處理。
在為發(fā)動機的情況下，為了控制燃燒工藝或發(fā)動機自身的運轉(zhuǎn)，微計算機(如T89C51CC01)執(zhí)行有關(guān)燃燒工藝參數(shù)或有關(guān)發(fā)動機運轉(zhuǎn)特性的大量決策程序。微計算機收集關(guān)于發(fā)動機廢氣組成含量的信息，并通過獲得已暴露于廢氣流的化學(xué)/電-活性材料陣列的響應(yīng)來完成，并任選地獲得溫度測量值。信息被臨時存貯在隨機存取存儲器中，微計算機然后將一個或多個決策程序應(yīng)用于信息。
決策程序利用一種或多種算法和/或數(shù)學(xué)運算來處理獲取的信息產(chǎn)生值形式的決策，其中值等價于工藝特定參數(shù)或設(shè)備運轉(zhuǎn)特性應(yīng)擁有的所需狀態(tài)或條件。根據(jù)決策程序結(jié)果，通過微計算機給出或控制能使工藝參數(shù)或設(shè)備運轉(zhuǎn)特性的狀態(tài)或條件調(diào)整的指令。在為燃燒化學(xué)反應(yīng)體現(xiàn)的工藝中，可通過調(diào)整反應(yīng)參數(shù)如供入到其中的反應(yīng)物的相對數(shù)量來控制工藝。例如，可增加或減少到缸的燃料或空氣流。在為發(fā)動機自身時，可通過調(diào)整發(fā)動機的運轉(zhuǎn)特性如扭矩或發(fā)動機速度實現(xiàn)控制，其中發(fā)動機為傳送化學(xué)反應(yīng)成效的設(shè)備。
通過本發(fā)明的方法和設(shè)備控制的內(nèi)燃機和附屬部件和裝備可用于多種不同目的，包括例如在任何類型的運輸或娛樂車輛中，如汽車、卡車、公共汽車、機車、飛機、太空船、艇、噴氣滑雪橇、所有地形適用車輛或雪上汽車；或在建筑、維護或工業(yè)性作業(yè)用設(shè)備中，如泵、升降機、吊車、起重機、發(fā)電機，或爆破、運土、挖掘、鉆探、采礦或球場草地磨蹭用裝備。
總之，可看到本發(fā)明提供了在暴露于氣體混合物時測定、測量和記錄陣列中存在的每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出的響應(yīng)的設(shè)備。可使用能測定、測量和記錄電性質(zhì)變化的任何裝置，如能測量材料響應(yīng)在它們表面吸附的氣體分子濃度而發(fā)生AC阻抗變化的裝置。用于測定電性質(zhì)的其它裝置為測量例如電容、電壓、電流或DC電阻的合適設(shè)備?；蛘?，可測量并記錄檢測材料的溫度變化?；瘜W(xué)檢測方法和設(shè)備還可提供測量或分析混合物和/或被檢測氣體的裝置，從而確定氣體的存在和/或測量它們的濃度。這些裝置可包括能例如實現(xiàn)化學(xué)統(tǒng)計學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或其它圖形識別技術(shù)的儀器或裝備?；瘜W(xué)傳感器設(shè)備還包括用于化學(xué)/電-活性材料陣列的殼、檢測裝置和分析裝置。
設(shè)備包括基質(zhì)、至少兩種被選擇用于檢測多組分氣流中一種或多種預(yù)定氣體的化學(xué)/電-活性材料的陣列、和當暴露于氣體系統(tǒng)時檢測存在的每種化學(xué)/電-活性材料電性質(zhì)變化的裝置。傳感器材料的陣列應(yīng)能檢測所關(guān)注的分析物，不管由多組分混合物中幾種其它組分的存在而引起的競爭反應(yīng)。為此，本發(fā)明使用如本文所述的傳感器材料的陣列或多重性，其每一種都對要被檢測的混合物中的至少一種氣體組分具有不同的敏感性。通過選擇制造傳感器的適宜材料組成，得到具有所需敏感性并可工作產(chǎn)生上述類型的分析測量值和結(jié)果的傳感器。上面描述了用于此的各種合適類型的材料。陣列中傳感器的數(shù)目一般大于或等于混合物中要被分析的單一氣體組分的數(shù)目。
關(guān)于本發(fā)明設(shè)備、設(shè)備用途和設(shè)備使用方法的更多描述可在2002年4月5日提交的美國臨時申請No.60/370445和2002年4月5日提交的美國申請SN10/117472中找到，本文全文引入它們中的每一個作為本文一部分用于各種目的。
在本發(fā)明的設(shè)備或方法被陳述或描述為包含、包括、含有或具有特定部件或步驟時，應(yīng)認識到，除非明確相反地提供陳述或描述，則除了被明確陳述或描述那些以外的一個或多個部件或步驟都可存在于設(shè)備或方法中。但是，在可選實施方案中，本發(fā)明的設(shè)備或方法可被陳述或描述為基本由某些部件或步驟組成，在這些實施方案中，其中將不存在會在本質(zhì)上改變操作原理或設(shè)備或方法特點的部件或步驟。在其余可選實施方案中，本發(fā)明的設(shè)備或方法可被陳述或描述為由某些部件或步驟組成，在這些實施方案中，其中將不存在除了陳述的那些以外的部件或步驟。
當就本發(fā)明設(shè)備中部件或方法中步驟的存在的陳述或描述使用“一”時，應(yīng)認識到，除非明確相反地提供陳述或描述，這種詞的使用都不限制設(shè)備中部件或方法中步驟的存在在數(shù)量上為一個。
通過下面描述的試驗工作證明本發(fā)明的有益效果。這種試驗工作涉及的本發(fā)明實施方案只是說明性的，不限制本發(fā)明的范圍。
試驗各種化學(xué)/電-活性材料，以確定它們中的哪一個能表現(xiàn)出使它們能作為分析氣體混合物設(shè)備中所用陣列成員候選對象的性能特征。在第一種篩選評價中，材料被暴露于來自丙烷燃燒器的廢氣，記錄與每種材料連接的電路所得的電阻變化。記錄在材料暴露于廢氣流時一段時間內(nèi)每種材料電阻的增加或減少，并使用算法由電阻讀數(shù)得到氣體混合物中各種組分氣體存在和/或濃度的預(yù)測，其中氣體混合物作為來自丙烷燃燒器中燃燒的廢氣產(chǎn)生。同時用慢化學(xué)發(fā)光裝置(“CLD”)測量廢氣流的組分，這能夠直接比較預(yù)測的氣體組成和測量的氣體組成。對全部這種數(shù)據(jù)進行主成分分析，還檢查每種材料的AC阻抗以證實材料特征為當暴露于氣體混合物時有穩(wěn)定頻率區(qū)域。
在第二種篩選評價中，使往往不能良好粘著到氧化鋁基質(zhì)的化學(xué)/電-活性材料與玻璃料混合。然后使全部材料暴露于管式反應(yīng)器中的合成氣混合物，其中全部材料包括與玻璃料混合的那些和沒有混合的那些。制造混合物的合成氣為NO2、C3H8、O2和CO。記錄由于暴露于各種氣體混合物產(chǎn)生的與每種材料連接的電路電阻變化。記錄在材料暴露于氣體混合物時每種材料在一段時間內(nèi)的電阻增加或減少，并使用算法由電阻讀數(shù)得到氣體混合物中各種組分氣體存在和/或濃度的預(yù)測。同時用慢CLD測量氣體混合物的組分，這能夠直接比較預(yù)測的氣體組成和測量的氣體組成。對全部這種數(shù)據(jù)進行主成分分析，還在材料穩(wěn)定性和粘著性的化學(xué)考慮因素方面檢查試驗的材料。
這兩種篩選評價產(chǎn)生被指示作為本發(fā)明氣體分析設(shè)備中陣列成員良好候選對象的材料列表。材料可被描述為金屬氧化物或金屬氧化物的混合物，并陳列在下面的列表中。
金屬氧化物CeO2SnO2ZnOCeO2與玻璃料 SnO2與玻璃料ZnO與玻璃料NiO金屬氧化物的混合物
通過在溫度為370℃和430℃的丙烷燃燒器中試驗對上面列出的材料進行49-狀態(tài)評價。通過向丙烷燃燒器廢氣中加入不同的合成氣(例如NO2、C3H8、O2和CO)混合物形成總共49種不同的氣體混合物來建立試驗材料的49種狀態(tài)。用于此試驗的單獨金屬氧化物或摻入到混合物中的組分金屬氧化物購自供應(yīng)商如Aldrich，Johnson Matthey，F(xiàn)isher或Alfa。按所示摩爾比由組分金屬氧化物形成每種混合物材料。在使用金屬氧化物混合物時，沒有設(shè)法確定由混合物形成的材料是具有單相還是具有多相。當在上面列表中注明時，玻璃料以10體積％被加入到特定材料中。
為形成混合物，用正丙醇混合粉末形式的組分金屬氧化物。每種材料，不管是單獨金屬氧化物還是混合物，并且不管是否包含玻璃料，都被小批量(～20g)地制備用于試驗，過-325目篩，并在于1050℃下煅燒和燒制前球磨。使用Mueller玻璃板混合器將大部分材料制備成糊料，但是兩種按下面列表中的符號“RM”所示被輥軋。
將49-狀態(tài)評價中的材料暴露于來自丙烷燃燒器的廢氣連同合成氣中，并記錄與每種材料連接的電路得到的電阻變化。記錄在材料暴露于廢氣流一段時間內(nèi)每種材料電阻的增加或減少，并使用算法由電阻讀數(shù)得到氣體混合物中各種組分氣體存在和/或濃度的預(yù)測，其中氣體混合物作為來自丙烷燃燒器中燃燒的廢氣產(chǎn)生。同時用慢速CLD測量廢氣流的組分，這能夠直接比較預(yù)測的氣體組成和測量的氣體組成。對全部這種數(shù)據(jù)進行主成分分析，并由分析來選擇下面的子組用于進一步試驗。
金屬氧化物NiO SnO2與玻璃料 ZnO與玻璃料金屬氧化物的混合物
對從49-狀態(tài)評價中選擇的上述材料進行模擬運行評價，其中在汽油直接噴射發(fā)動機系統(tǒng)中試驗它們。在暴露于發(fā)動機廢氣的設(shè)備中使用材料。按與在49-狀態(tài)評價中試驗的那些基本相同的方式制備用于發(fā)動機試驗的材料，除了批量大小增加到100g。在發(fā)動機評價中，使材料暴露于具有NOx存儲催化劑的貧燃發(fā)動機的廢氣。試驗包括在具有恒定RPM和負荷的五種不同狀態(tài)下運行發(fā)動機。將定位材料的基質(zhì)加熱至至少約480℃的溫度。記錄由于暴露于發(fā)動機廢氣產(chǎn)生的與每種材料連接的電路的電阻變化。記錄當材料暴露于廢氣時每種材料在一段時間內(nèi)的電阻增加或減少，并使用包括投影到潛系統(tǒng)(“PLS”)模型的算法由電阻讀數(shù)得到廢氣流中NOx濃度的預(yù)測。同時用快速CLD測量廢氣，這能夠直接比較預(yù)測的NOx濃度和測量的NOx濃度。用PLS模型測定的NOx量與用CLD測定的量比較的均方根誤差為19.5ppm。標繪NOx濃度的每個預(yù)測測定量對同時的CLD測量量的關(guān)系曲線。所有測量的標繪示于圖4中，從其可看到化學(xué)/電-活性材料的陣列可在可接受的誤差極限內(nèi)用于確定氣體混合物中組分的存在或濃度。
權(quán)利要求
1.一種用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)四種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，當在選定溫度下暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；其中該化學(xué)/電-活性材料選自(i)包含M1Ox的至少一種化學(xué)/電-活性材料和(ii)各自包含M1aM2bOx的至少三種化學(xué)/電-活性材料；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)；和(b)用于在該陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料電響應(yīng)的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其包括五種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，其中該化學(xué)/電-活性材料選自各自包含M1aM2bOx的至少四種化學(xué)/電-活性材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其包括六種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，其中該化學(xué)/電-活性材料選自各自包含M1aM2bOx的至少五種化學(xué)/電-活性材料。
4.一種用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)四種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，當在選定溫度下暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；其中該化學(xué)/電-活性材料選自(i)各自包含M1Ox的至少二種化學(xué)/電-活性材料和(ii)各自包含M1aM2bOx的至少二種化學(xué)/電-活性材料；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)；和(b)用于在陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料電響應(yīng)的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其包括五種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，其中該化學(xué)/電-活性材料選自各自包含M1aM2bOx的至少三種化學(xué)/電-活性材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其包括六種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，其中該化學(xué)/電-活性材料選自各自包含M1aM2bOx的至少四種化學(xué)/電-活性材料。
7.一種用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)四種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，當在選定溫度下暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；其中該化學(xué)/電-活性材料選自(i)包含M1Ox的至少一種化學(xué)/電-活性材料、(ii)各自包含M1aM2bOx的至少二種化學(xué)/電-活性材料和(iii)包含M1aM2bM3cOx的至少一種化學(xué)/電-活性材料；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2和M3各自獨立選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)；和(b)用于在陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料電響應(yīng)的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其包括五種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，其中該化學(xué)/電-活性材料選自各自包含M1aM2bOx的至少三種化學(xué)/電-活性材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其包括六種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，其中該化學(xué)/電-活性材料選自各自包含M1aM2bOx的至少四種化學(xué)/電-活性材料。
10.一種用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)四種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，當在選定溫度下暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；其中該化學(xué)/電-活性材料選自(i)包含M1Ox的至少二種化學(xué)/電-活性材料、(ii)各自包含M1aM2bOx的至少一種化學(xué)/電-活性材料和(iii)包含M1aM2bM3cOx的至少一種化學(xué)/電-活性材料；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2和M3各自獨立選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)；和(b)用于在陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料電響應(yīng)的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其包括五種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，其中該化學(xué)/電-活性材料選自各自包含M1aM2bOx的至少二種化學(xué)/電-活性材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其包括六種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，其中該化學(xué)/電-活性材料選自各自包含M1aM2bOx的至少三種化學(xué)/電-活性材料。
13.一種用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)四種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，當在選定溫度下暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；其中該化學(xué)/電-活性材料選自(i)各自包含M1aM2bOx的至少三種化學(xué)/電-活性材料和(ii)包含M1aM2bM3cOx的至少一種化學(xué)/電-活性材料；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2和M3各自獨立選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)；和(b)用于在陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料電響應(yīng)的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其包括五種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，其中該化學(xué)/電-活性材料選自各自包含M1aM2bOx的至少四種化學(xué)/電-活性材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其包括六種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，其中該化學(xué)/電-活性材料選自各自包含M1aM2bOx的至少五種化學(xué)/電-活性材料。
16.一種用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)四種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，當在選定溫度下暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；其中該化學(xué)/電-活性材料選自(i)包含M1Ox的化學(xué)/電-活性材料、(ii)包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料和(iii)包含M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2和M3各自獨立選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)；和(b)連續(xù)保持化學(xué)/電-活性材料在最小溫度為約500℃或以上的加熱器；(c)用于在陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料獨立電響應(yīng)的裝置；和(d)用于在除化學(xué)/電-活性材料獨立電響應(yīng)以外沒有有關(guān)氣體混合物的信息時獲得與氣體混合物中組分存在或濃度相關(guān)的測定的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求1、4、7、10、13和16的設(shè)備，其中包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料選自包含AlaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraMnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CraYbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaLabOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaNibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含F(xiàn)eaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaWbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料，包含TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料，和包含TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求1、4、7、10、13和16的設(shè)備，其中包含M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料選自包含GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料，包含NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料。
19.一種用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)三種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，當在選定溫度下暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；其中該化學(xué)/電-活性材料選自(i)包含M1Ox的化學(xué)/電-活性材料、(ii)包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料和(iii)包含M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2和M3各自獨立選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)；和(b)用于在陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料獨立電響應(yīng)的裝置；其中至少三種化學(xué)/電-活性材料包括選自以下組之一的三種材料的組分別包含AlaNibOx、CraTibOx和FeaLabOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CraTibOx、FeaLabOx和FeaNibOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含F(xiàn)eaLabOx、FeaNibOx和NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含F(xiàn)eaNibOx、NiaZnbOx和SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含AlaNibOx、CraTibOx和MnaTibOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含NbaTibOx、NiaZnbOx和SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含NiaZnbOx、SbaSnbOx和TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含SbaSnbOx、TaaTibOx和TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CraMnbOx、CraTibOx和CraYbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CraTibOx、CraYbOx和CuaGabOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CraYbOx、CuaGabOx和CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CuaGabOx、CuaLabOx和FeaLabOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CraYbOx、CuaGabOx和CuaLabOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CuaGabOx、CuaLabOx和FeaTibOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CraMnbOx、MnaTibOx和NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CraTibOx、MnaTibOx和NbaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含MnaTibOx、NbaTibZncOx和TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含NbaTibZncOx、TaaTibOx和TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含GaaTibZncOx、NbaTibOx和NiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含NbaTibOx、NiaZnbOx和SnO2的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含NiaZnbOx、SnO2和TaaTibOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含SnO2、TaaTibOx和TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含TaaTibOx、TiaZnbOx和ZnO的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含AlaNibOx、CraMnbOx和CuO的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CraMnbOx、CuO和NdaSrbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CuO、NdaSrbOx和Pr6O11的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含NdaSrbOx、Pr6O11和WO3的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含CuaLabOx、FeaTibOx和GaaTibZncOx的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含F(xiàn)eaTibOx、GaaTibZncOx和NbaWbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；其中a、b、c和x如上所述。
20.一種用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)四種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，當在選定溫度下暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；其中該化學(xué)/電-活性材料選自(i)包含M1Ox的化學(xué)/電-活性材料、(ii)包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料和(iii)包含M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2和M3各自獨立選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)；和(b)用于在陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料獨立電響應(yīng)的裝置；其中至少四種化學(xué)/電-活性材料包括選自以下組之一的四種材料的組分別包含GaaTibZncOx、NbaTibOx、NiaZnbOx和SnO2的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含NbaTibOx、NiaZnbOx、SbaSnbOx和ZnO的化學(xué)/電-活性材料的組；分別包含NiaZnbOx、SbaSnbOx、TaaTibOx和ZnO的化學(xué)/電-活性材料的組；和分別包含SbaSnbOx、TaaTibOx、TiaZnbOx和ZnO的化學(xué)/電-活性材料的組；其中a、b、c和x如上所述。
21.一種用于分析多組分氣體混合物的設(shè)備，包括(a)六種或更多種化學(xué)/電-活性材料的陣列，當在選定溫度下暴露于氣體混合物時，每種化學(xué)/電-活性材料表現(xiàn)出與其它化學(xué)/電-活性材料中的每一種不同的電響應(yīng)特性；其中該化學(xué)/電-活性材料選自(i)包含M1Ox的化學(xué)/電-活性材料、(ii)包含M1aM2bOx的化學(xué)/電-活性材料和(iii)包含M1aM2bM3cOx的化學(xué)/電-活性材料；其中M1選自Al、Ce、Cr、Cu、Fe、Ga、Mn、Nb、Nd、Ni、Pr、Sb、Sn、Ta、Ti、W和Zn；其中M2和M3各自獨立選自Ga、La、Mn、Ni、Sn、Sr、Ti、W、Y、Zn；其中M1和M2在M1aM2bOx中是各自不同的，M1、M2和M3在M1aM2bM3cOx中是各自不同的；其中a、b和c各自獨立地為約0.0005至約1；和其中x為足以使存在的氧能平衡化學(xué)/電-活性材料中其它元素的電荷的數(shù)；和(b)用于在陣列暴露于氣體混合物時測定每種化學(xué)/電-活性材料獨立電響應(yīng)的裝置；其中至少六種化學(xué)/電-活性材料包括選自以下組之一的四種材料的組分別包含CraMnbOx、MnaTibOx、NdaSrbOx、NbaTibZncOx、Pr6O11和TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組分別包含AlaNibOx、CraTibOx、FeaLabOx、FeaNibOx、NiaZnbOx和SbaSnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組分別包含AlaNibOx、CraTibOx、MnaTibOx、NbaTibZncOx、TaaTibOx和TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組分別包含GaaTibZncOx、NbaTibOx、NiaZnbOx、SbaSnbOx、TaaTibOx和TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組分別包含GaaTibZncOx、NbaTibOx、NiaZnbOx、SnO2、TaaTibOx和TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組分別包含NbaTibOx、NiaZnbOx、SbaSnbOx、TaaTibOx、TiaZnbOx和ZnO的化學(xué)/電-活性材料的組分別包含CraMnbOx、CraTibOx、CraYbOx、CuaGabOx、CuaLabOx和FeaLabOx的化學(xué)/電-活性材料的組分別包含AlaNibOx、CraMnbOx、CuO、NdaSrbOx、Pr6O11和WO3的化學(xué)/電-活性材料的組分別包含CraYbOx、CuaGabOx、CuaLabOx、FeaTibOx、GaaTibZnbOx和NbaWbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；和分別包含CraMnbOx、MnaTibOx、NdaSrbOx、NbaTibZncOx、Pr6O11和TiaZnbOx的化學(xué)/電-活性材料的組；其中a、b、c和x如上所述。
22.根據(jù)權(quán)利要求1、4、7、10、13、16、19、20和21的設(shè)備，其中該化學(xué)/電-活性材料還包含玻璃料添加劑。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其測定多組分氣體混合物中氮氧化物的存在或濃度。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其測定多組分氣體混合物中烴的存在或濃度。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其測定多組分氣體混合物中氮氧化物和烴的存在或濃度。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中氣體混合物中的組分氣體不被分離。
27.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中當僅暴露于多組分氣體混合物時測定化學(xué)/電-活性材料的電響應(yīng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括用于計算至少一種單獨氣體組分在氣體混合物內(nèi)濃度的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中多組分氣體混合物由工藝排放出，或為傳遞到設(shè)備的化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，并且其中該設(shè)備還包括利用電響應(yīng)以控制工藝或設(shè)備運行的裝置。
30.一種運輸車輛，包括根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備。
31.建筑、維護或工業(yè)性作業(yè)用裝備，包括根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備。
32.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括用于分別加熱每種化學(xué)/電-活性材料的加熱裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中每種化學(xué)/電-活性材料被加熱至相同的溫度。
34.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中一種或多種化學(xué)/電-活性材料被加熱至與其它化學(xué)/電-活性材料不同的溫度。
35.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該化學(xué)/電-活性材料在基質(zhì)上，該基質(zhì)由選自硅、碳化硅、氮化硅和具有電阻摻雜劑的氧化鋁制成。
36.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中氣體混合物包括有機磷氣體。
37.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其可拿在人手中。
38.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其位于建筑或汽車的通風(fēng)系統(tǒng)中。
全文摘要
本文公開了使用化學(xué)傳感器和化學(xué)傳感器陣列分析、檢測和/或測量與多組分氣體系統(tǒng)中各種氣體包括NO
文檔編號G01N33/00GK1795377SQ200480014770
公開日2006年6月28日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者P·A·莫里斯, E·M·麥卡倫三世, M·J·皮奧沃索 申請人:納幕爾杜邦公司