物联网应用的固态多离子传感器现身

Imec和Holst中心(比利时鲁汶和荷兰埃因霍温)的研究人员相信他们拥有了世界第一款可同时测定流体中pH和氯离子(Cl-)水平的微型传感器。这种创新对于在环境监测、精准农业和个性化医疗诊断等应用中的离子浓度的精确长期测量是必须的。

借助系统单芯片(SoC)整合的可能性，它可以在物联网(IoT)设置中实现大规模和具成本效益的部署。其创新的电极设计与当今用于测量单离子浓度的标准组件相比具有相似或更好的性能，并允许进行其他的离子测定。

Imec表示，基于离子选择性膜的传感器被认为是在许多应用中测量离子浓度的「金标准」，例如水质、农业和分析化学。它们由两个电极——带膜的离子敏感电极(ISE)和参考电极(RE)组成。当这些电极浸入流体中时，产生与流体中离子活度的对数成比例的电势、从而构成浓度的量度。然而，这种传感器的精度取决于小型化RE的长期稳定性，Imec说现在已经攻克了这一难题。

“这种设计的常见问题是离子从内部电解质中浸出，导致传感器随时间漂移。”Imec/Holst中心高级研究员Marcel Zevenbergen说。“为了抑制这种浸出，我们设计和制造了具有微流体通道作为结的RE，并与在硅基板上制造的固态氧化铱(IrOx)和氯化银(AgCl)电极组合，分别作为pH和Cl-的指示电极。我们的测试证明这是一个长期稳定的解决方案，传感器表现出与现有方案相同或更好的灵敏度、精度和响应时间，且同时还小得多、以后还可能更便宜。”

“我们为物联网提供突破性的感测和分析解决方案，”荷兰Imec常务董事John Baekelmans表示。“这个新的多离子传感器是Holst中心目前正与合作伙伴开发的、用于形成物联网感官的系列产品之一。对于每个传感器来说，目标是以能大规模生产、可无线通信、功耗优化和小型化的封装，提供优于现有领先技术传感器性能的性能。”