上海交通大学：《力学仿生——启示与探索》课程教学资源（专利资料）飞行仿生（2015）一种用于气体传感器表面的仿生微结构

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN104931654A (43)申请公布日2015.09.23 (21)申请号201510320368.0 (22)申请日2015.06.11 (71)申请人吉林大学 地址130022吉林省长春市人民大街5988 号 (72)发明人常志勇杨逍慕海锋佟金 陈东辉张东光马云海孙霁宇 周江 (74)专利代理机构长春市四环专利事务所（普 通合伙)22103 代理人张冉昕 (51)1nt.Cl G01N3300(2006.01) 权利要求书1页说明书3页附图3页 (54)发明名称 一种用于气体传感器表面的仿生微结构 (57)摘要 本发明公开了一种用于气体传感器表面的仿 2 生微结构，是由传感器敏感层基底、凸起的微面和 三棱柱状脊组成，其中三棱柱状脊均匀分布在传 感器敏感层基底上，凸起的微面均匀分布在相邻 两个三棱柱状脊之间形成的沟槽上，三棱柱状脊 的两个侧面上设置有均匀分布的微孔：本发明通 过模仿蛇舌表面的微观结构设计一种气体传感器 表面仿生微结构，使得气体在流经仿生微结构表 4 面时形成湍流，提高了进入传感器敏感层的气体 分子数量，从而提高了检测的灵敏度。 3 W3G91S950

CN104931654A 权利要求书 1/1页 1.一种用于气体传感器表面的仿生微结构，其特征在于：是由传感器敏感层基底(1)、 凸起的微面(2)和三棱柱状脊(3)组成，其中三棱柱状脊(3)均匀分布在传感器敏感层基 底(1)上，凸起的微面(2)均匀分布在相邻两个三棱柱状脊(3)之间形成的沟槽上，三棱柱 状脊(4)的两个侧面上设置有均匀分布的微孔(3)。 2.根据权利要求1所述的一种用于气体传感器表面的仿生微结构，其特征在于：所述 的凸起的微面(2)的球面半径R的尺寸在10μm-200μm之间，圆柱面高度H与球面半径R 的比值H:R为0.5至2.5。 3.根据权利要求1所述的一种用于气体传感器表面的仿生微结构，其特征在于：所述 的微孔(4)为圆柱孔，半径r的尺寸在1μm-50μm之间，柱面高度h与半径r的比值h:r 为10至20。 4.根据权利要求1所述的一种用于气体传感器表面的仿生微结构，其特征在于：所述 的三棱柱状脊(3)的横截面形状为正三角形，边长a的尺寸在100μm-300μm之间，两个相 邻三棱柱状脊(3)之间的距离在60μm-120μm之间。 2

CN104931654A 说明书 1/3页 一种用于气体传感器表面的仿生微结构 技术领域 [0001] 本发明涉及一种仿生结构，特别涉及一种用于气体传感器表面的仿生微结构。 背景技术 [0002]气体定量检测与分析在环境保护、化工控制、家用报警、食品保鲜、航空航天和公 安海关等领域有着重要意义。许多研究工作者在气体传感器的材料和工艺上做了大量研 究，试图从提高材料敏感性、信号传输等方面完善传感器性能，提高检测效果，而忽略了传 感器表面微结构对其检测效果的影响。 [0003]自然界中，蛇的嗅觉十分灵敏，研究表明，蛇舌表面分布有凸起的微面，以及微孔 和三棱柱状脊，这些结构在蛇吐芯时有助于化学物质的吸附和转移。蛇舌表面的微观结构 促进蛇对空气中气味分子的吸附，有助于提高蛇的嗅觉灵敏度，将这种微结构应用到传感 器敏感层表面上，可以改变传感器表面气流状态的仿生微结构，达到提高传感器灵敏度的 目的。 发明内容 [0004]本发明的目的是为了提高气体传感器检测的灵敏度而提供一种用于气体传感器 表面的仿生微结构，该仿生微结构模仿蛇舌表面的微观结构，可以改变气流状态，增加气流 的停留时间，提高进入传感器敏感层的气体分子数量，从而提高检测的灵敏度。 [0005]本发明的仿生结构来自于蛇舌表面微观结构，蛇舌表面分布有凸起的微面，以及 微孔和三棱柱状脊，这些结构在蛇吐芯时有助于化学物质的吸附和转移。 [0006]本发明是由传感器敏感层基底1、凸起的微面2和三棱柱状脊3组成，其中三棱柱 状脊3均匀分布在传感器敏感层基底1上，凸起的微面2均匀分布在相邻两个三棱柱状脊 3之间形成的沟槽上，三棱柱状脊4的两个侧面上设置有均匀分布的微孔3。 [0007]所述的凸起的微面2的球面半径R的尺寸在10μm-200μm之间，圆柱面高度H与 球面半径R的比值H:R为0.5至2.5。 [o008]所述的微孔4为圆柱孔，半径r的尺寸在1μm-50μm之间，柱面高度h与半径r 的比值h:r为10至20。 [o009]所述的三棱柱状脊3的横截面形状为正三角形，边长a的尺寸在100μm-300μm 之间，两个相邻三棱柱状脊3之间的距离在60μm-120μm之间，其纵向的长度和横向排布 的个数根据气体传感器表面积的大小而确定。 [0010]本发明的工作过程和原理： [0011]当气流流经本发明表面时，气体传感器表面的仿生微结构可以改变气流状态，使 得气体在仿生微结构表面形成湍流，增加气流的停留时间，提高进入传感器敏感层的气体 分子数量。 [0012]本发明的有益效果： [0013] 本发明通过模仿蛇舌表面的微观结构设计一种气体传感器表面仿生微结构，使得 3

CN104931654A 说 明书 2/3页 气体在流经仿生微结构表面时形成湍流，提高了进入传感器敏感层的气体分子数量，从而 提高了检测的灵敏度。 附图说明 [0014] 图1为本发明实施例的立体示意图。 [0015] 图2为本发明实施例的俯视图。 [0016] 图3为本发明实施例的微面示意图。 [0017] 图4为本发明实施例的微孔示意图。 [0018] 图5为本发明实施例的三棱柱状脊的横街面示意图。 具体实施方式 [0019]实施例1： [0020]请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，为本发明的第一实施例，是由传感器敏感 层基底1、凸起的微面2和三棱柱状脊3组成，其中三棱柱状脊3均匀分布在传感器敏感层 基底1上，凸起的微面2均匀分布在相邻两个三棱柱状脊3之间形成的沟槽上，三棱柱状脊 4的两个侧面上设置有均匀分布的微孔3。 [0021]所述的凸起的微面2的球面半径R的尺寸在1为20μm,圆柱面高度H与球面半径 R的比值H:R为1.0。 [o022]所述的微孔4为圆柱孔，半径r的尺寸在5μm,柱面高度h与半径r的比值h:r为 12。 [0023] 所述的三棱柱状脊3的横截面形状为正三角形，边长a的尺寸在160μm,两个相邻 三棱柱状脊3之间的距离在80μm之间，其纵向的长度和横向排布的个数根据气体传感器 表面积的大小而确定。 [0024]本实施例的工作过程和原理： [0025] 当气流流经本发明表面时，气体传感器表面的仿生微结构可以改变气流状态，使 得气体在仿生微结构表面形成湍流，增加气流的停留时间，提高进入传感器敏感层的气体 分子数量。 [0026] 实施例2： [0027]请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，为本发明的第二实施例，是由传感器敏感 层基底1、凸起的微面2和三棱柱状脊3组成，其中三棱柱状脊3均匀分布在传感器敏感层 基底1上，凸起的微面2均匀分布在相邻两个三棱柱状脊3之间形成的沟槽上，三棱柱状脊 4的两个侧面上设置有均匀分布的微孔3。 [0028]所述的凸起的微面2的球面半径R的尺寸在1为30μm,圆柱面高度H与球面半径 R的比值H:R为2.0。 [0029]所述的微孔4为圆柱孔，半径r的尺寸在8μm,柱面高度h与半径r的比值h:r为 15。 [0030] 所述的三棱柱状脊3的横截面形状为正三角形，边长a的尺寸在160μm,两个相邻 三棱柱状脊3之间的距离在100μm之间，其纵向的长度和横向排布的个数根据气体传感器 表面积的大小而确定

CN104931654A 说明书 3/3页 [0031] 本实施例的工作过程和原理： [0032] 当气流流经本发明表面时，气体传感器表面的仿生微结构可以改变气流状态，使 得气体在仿生微结构表面形成湍流，增加气流的停留时间，提高进入传感器敏感层的气体 分子数量。 5

CN104931654A 说明书附图 1/3页 2 88 8888 1 8888 88 888888 8888 Q 8888 88 88 4 3 图1 6

CN104931654A 说明书附图 2/3页 4 2 88分88分念88含 8多888888多8 O 8888888888 8888888888 0 8888888888 3 8888888888 多多客8多8客多客 8888888888 1 图2 7

CN104931654A 说明书附图 3/3页 2 图3 4 a 图5 图4 8