[发明专利]改进的化学阻抗传感器

权利要求书

1.一种用于测量离子分析物在电解质溶液中的存在或含量的传感器，所述传感器包括：

(i)在电绝缘基板上的两个导电电极，并且所述两个导电电极相隔距离L，其中L处于10nm与100μm之间；

(ii)化学电阻器膜，其中所述化学电阻器膜的阻抗在存在离子分析物时发生改变；所述化学电阻器膜与所述电极接触；所述化学电阻器膜包括在其间具有由非导电材料组成的结的导电颗粒材料；

(iii)栅极电极，其由导电材料形成；

(iv)电势发生器装置，其被配置来在所述栅极电极与所述化学电阻器膜之间施加电势差；

(v)控制器，其选择性地控制所述电势发生器装置，以便将相对于所述化学电阻器膜的电势的正电势或负电势施加到所述栅极电极；以及

(vi)电压装置，其适于在所述导电电极对之间施加电压信号，以便能够测量所述化学电阻器膜的电阻。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述栅极电极为金电极、铂电极、钯电极、银电极、碳电极、Ag/AgCl栅极电极和银已被氯化的Ag/AgCl栅极电极中的一种。

3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述栅极电极包括对电极和参比电极。

4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述对电极由金、铂、钯、银和导电碳材料中的一种形成。

5.根据权利要求3或4所述的传感器，其中所述参比电极选自Ag/AgCl电极、非水性的Ag/Ag+电极、汞/硫酸亚汞电极和饱和甘汞电极中的一种。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的传感器，其中所述两个导电电极各自由选自金、钯、铂、银、铜和镍的惰性材料或基于选自碳黑、石墨烯和碳纳米管的导电碳的导电材料形成。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的传感器，其中所述两个导电电极分别涂有一薄层惰性材料，所述惰性材料特征在于：

(a)介电常数小于水的介电常数；

(b)至少部分地不可渗透离子；以及

(c)具有小于2纳米的厚度。

8.根据权利要求7所述的传感器，其中所述两个导电电极中的每一个由金、银、钯或铂电极材料形成，并且所述惰性材料的所述薄层是在所述电极中的每一个的表面上形成的自组装单分子层。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的传感器，其中所述电压装置被配置来在所述电极之间提供低频率f<f₀＝100Hz信号或DC；并且其中所施加电压的幅值处于10mV与500mV之间。

10.根据权利要求1所述的传感器，其中所述导电颗粒材料包括金属导体、无机导体、有机导体或有机导电聚合物中的一种或它们的混合物。

11.根据权利要求10所述的传感器，其中所述导电颗粒材料包括涂有为有机配位体或配位体的混合物的非导电有机材料的纳米颗粒。

12.根据权利要求11所述的传感器，其中所述纳米颗粒的直径大于2nm且小于100nm。

13.根据权利要求11或12所述的传感器，其中所述纳米颗粒由金、银、铂或钯制成。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器，其中所述化学电阻器膜为具有绝缘有机分子或聚合物的有机导体，或有机导电聚合物。

15.一种用于使用根据权利要求1至14中任一项所述的传感器来测量离子分析物在电解质溶液中的存在或含量的方法，所述方法包括：

(i)使所述化学电阻器膜与电解质溶液接触；

(ii)在所述栅极电极与所述化学电阻器膜之间施加电势差；以及

(iii)测量所述化学电阻器膜的电阻变化。