(57)【要約】  蒸気センサが、静電容量に関する特性のセンサ素子（１１０）、ヒータ回路素子（１７０）、静電容量に関する特性の測定回路素子（１８０）、及び少なくとも１つのスイッチ部材（１９０）を含む。静電容量に関する特性のセンサ素子が、誘電体基板（１２０）、第１導電性電極（１３０）、第２導電性電極（１４０）、及び第１導電性電極と第２導電性電極との間に配置され、かつ第１導電性電極と第２導電性電極と接触する微多孔性誘電体材料層（１５０）を含む。少なくとも１つのスイッチ部材が、第１導電性電極とヒータ回路素子との間の電気的通信を遮断することが可能であり、また静電容量に関する特性の測定回路素子と第１導電性電極との間の電気的通信を遮断することが可能である。
2014510933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量に関する特性のセンサ素子であって、
誘電体基板と、
該誘電体基板上に配置され、第１及び第２端子を有する、第１導電性電極と、
第２導電性電極と、
前記第１導電性電極と前記第２導電性電極との間に配置され、かつ前記第１導電性電極と前記第２導電性電極と接触する微多孔性材料を備える誘電体層と、を含む、静電容量に関する特性のセンサ素子と、
前記第１導電性電極の前記第１及び前記２端子のそれぞれと可逆的に遮断可能な電気的通信をする第１及び第２導電性部材を有するヒータ回路素子と、
静電容量に関する特性の測定回路素子であって、第１及び第２導電性部材を有し、該静電容量に関する特性の測定回路素子の前記第１導電性部材が前記第１導電性電極と可逆的に遮断可能な電気的通信をし、前記静電容量に関する特性の測定回路素子の前記第２導電性部材が前記第２導電性電極と電気的通信をする、静電容量に関する特性の測定回路素子と、
前記ヒータ回路素子の前記第１及び第２導電性部材と前記第１導電性電極の前記第１及び第２端子のそれぞれとの間の電気的通信を可逆的に遮断することが可能であり、また前記静電容量に関する特性の測定回路素子の前記第１導電性部材と前記第１導電性電極との間の電気的通信を可逆的に遮断することが可能である、少なくとも１つのスイッチ部材と、を備える蒸気センサ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのスイッチ部材が、
前記ヒータ回路素子の前記第１及び第２導電性部材と前記第１導電性電極の前記第１及び第２端子のそれぞれとの間の可逆的に遮断可能な前記電気的通信と、
前記静電容量に関する特性の測定回路素子の前記第１導電性部材と前記第２導電性電極との間の可逆的に遮断可能な前記電気的通信とのそれぞれを、同時に可逆的に遮断することが可能である、請求項１に記載の蒸気センサ。
【請求項３】
前記第２導電性電極が、少なくとも１つの有機蒸気に対して透過性である、請求項１又は２に記載の蒸気センサ。
【請求項４】
前記第２導電性電極が、乾燥銀インキを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸気センサ。
【請求項５】
前記第２導電性電極が、蒸着金属を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸気センサ。
【請求項６】
前記微多孔性材料が、固有微多孔性ポリマーを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸気センサ。
【請求項７】
前記スイッチ部材と電気的に通信し、また、前記スイッチの動作を制御するスイッチコントローラを更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蒸気センサ。
【請求項８】
前記第１導電性電極に隣接した前記誘電体基板上に配置された温度センサを更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の蒸気センサ。
【請求項９】
前記スイッチコントローラが、前記温度センサと電気的に通信する、請求項８に記載の蒸気センサ。
【請求項１０】
前記第１及び第２導電性電極並びに検出層がそれぞれ、前記基板と接触する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の蒸気センサ。
【請求項１１】
前記第１及び第２導電性電極が、平行である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の蒸気センサ。
【請求項１２】
前記静電容量に関する特性が、静電容量を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の蒸気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、広義には蒸気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気の存在、及びその空気中における濃度は、多様な活動分野で監視されている。例えば、光イオン化法、ガスクロマトグラフィー法、重力測定法、分光法（例えば、質量分光法、赤外線分光法、又は蛍光分光法）、及び吸収検出法を含む、蒸気（例えば、揮発性有機化合物（ＶＯＣ））を検出する様々な方法が開発されてきた。
【０００３】
静電容量センサでは、環境中の分析質蒸気の存在のために、２つの導電性電極（典型的に平行又は交互配置（interdigitated）される）の静電容量は、２つの電極の間にある材料の誘電率の変化にあわせて変動する。定期的に、導電性電極の間にある分析質を除去することがすることが望ましい（例えば、分析質蒸気を交換するのであれば）。このような場合、静電容量センサの使用前に、熱を用いて分析質を蒸発させることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、本開示は、
静電容量に関する特性のセンサ素子であって、
誘電体基板と、
誘電体基板上に配置され、第１及び第２端子を有する、第１導電性電極と、
第２導電性電極と、
第１導電性電極と第２導電性電極との間に配置され、かつ第１導電性電極と第２導電性電極と接触する微多孔性材料を備える誘電体層と、を含む、静電容量に関する特性のセンサ素子と、
第１導電性電極の第１及び第２端子のそれぞれと可逆的に遮断可能な電気的通信をする第１及び第２導電性部材を有するヒータ回路素子と、
静電容量に関する特性の測定回路素子であって、第１及び第２導電性部材を有し、静電容量に関する特性の測定回路素子の第１導電性部材が第１導電性電極と可逆的に遮断可能な電気的通信をし、静電容量に関する特性の測定回路素子の第２導電性部材が第２導電性電極と電気的に通信をする、静電容量に関する特性の測定回路素子と、
ヒータ回路素子の第１及び第２導電性部材と第１導電性電極の第１及び第２端子のそれぞれとの間の電気的通信を可逆的に遮断することが可能であり、また静電容量に関する特性の測定回路素子の第１導電性部材と第１導電性電極との間の電気的通信を可逆的に遮断することが可能である、少なくとも１つのスイッチ部材と、を備える蒸気センサを提供する。
【０００５】
一部の実施形態では、第１及び第２導電性電極並びに検出層はそれぞれ、基板と接触する。一部の実施形態では、第１及び第２導電性電極は平行である。
【０００６】
一部の実施形態では、前記少なくとも１つのスイッチ部材は、
ヒータ回路素子の第１及び第２導電性部材と第１導電性電極の第１及び第２端子のそれぞれとの間の可逆的に遮断可能な電気的通信と、
静電容量に関する特性の測定回路素子の第１導電性部材と第２導電性電極との間の可逆的に遮断可能な電気的通信とのそれぞれを、同時に可逆的に遮断することが可能である。
【０００７】
一部の実施形態では、蒸気センサは、第１導電性電極に隣接した誘電体基板上に配置された温度センサを更に備える。
【０００８】
一部の実施形態では、蒸気センサは、スイッチ部材と電気的に通信し、また、スイッチの動作を制御するスイッチコントローラを更に備える。これらの実施形態の一部では、スイッチコントローラは、温度センサと電気的に通信する。
【０００９】
本開示による蒸気センサは、例えば分析質濃度（例えば、揮発性有機化合物及び／又は湿度）を測定するのに有用である。
【００１０】
有利なことに、本開示による蒸気センサでは、第１導電性電極は静電容量に関する特性のセンシングを倍増させ、それにより、加熱素子としては、追加の加熱素子の必要性を排除し、かつ蒸気センサの設計及び製造を簡略化する。
【００１１】
本開示の実施において使用されるセンサ素子は一般に、吸収性誘電体層が第１電導性電極及び第２導電性電極と十分に緊密に近接し、それによって層中に含まれる吸収性誘電体材料が、電極によって形成される電界と相互作用することができるように構成される。センサ素子の動作時には、吸収性誘電体層は、１種類以上の分析質（例えば、１種類以上の有機蒸気）を吸収すると、電気的特性の変化を示す。電気的特性は、下記で説明する静電容量に関する特性であってよい。このような、静電容量に関連する特性の変化は、第１導電性電極と第２導電性電極との間に電荷差を付与し（例えば、電極に電圧差を付与することによって）、分析質の存在に応答してセンサ素子の特性を監視することによって測定することができる。
【００１２】
用語「静電容量に関する特性」とは、任意の電気的特性及びその測定値を包含し、これは一般的に電荷の付与（一定又は時変のどちらでも）、並びに電荷の付与中、及び／又は付与後の電気的特性の監視と関連する。このような特性としては、例えば、静電容量だけではなく、インピーダンス、インダクタンス、アドミタンス、電流、抵抗、コンダクタンスなどが挙げられ、当該技術分野において既知の様々な方法に従って測定されてよい。
【００１３】
本明細書で使用する時、用語「吸収する」とは、単に孔壁に吸着するか、又は微多孔性誘電体材料の嵩（bulk）の中に溶解するかに関わらず、微多孔性誘電体材料の中に配置されていく材料を意味する。
【００１４】
本明細書で使用する時、材料（例えば、導電性電極）の層に関する用語「透過性」とは、層が存在する領域において、（例えば、２５℃で）層が十分に多孔性であるように、その厚さを通じて、少なくとも１つの有機化合物に対して非反応的に透過性であることを意味する。
【００１５】
本明細書で使用する時、用語「導電性部材」とは、例えば、電線、金属トレース、電気部品、又はそれらの組み合わせといった、電気的に導電性の部材を意味する。
【００１６】
本開示の特徴及び利点は、「発明を実施するための形態」、及び添付の「特許請求の範囲」を考慮することで更に深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示による代表的な蒸気センサ１００の概略平面図。
【図２】図１に示されたセンサ素子１１０の概略分解斜視図。
【図３】本開示による代表的な蒸気センサ３００の概略平面図。
【図４】図３で示されたセンサ素子３１０の概略平面図。
【００１８】
上記の図面には本開示の複数の実施形態が記載されているが、考察の中で記述したとおり、その他の実施形態も考えられる。本開示の原理の範囲及び趣旨の範囲内に含まれる他の多くの改変例及び実施形態が当業者によって考案されうる点は理解されるはずである。図は、縮尺どおりに描かれていない場合もある。同様の参照番号が、同様の部分を示すために複数の図を通じて使用されている場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示での使用に適した蒸気センサは、様々なセンサ素子の構成を含むことができる。
【００２０】
一実施形態では、層状の電極構成を有するセンサ素子を含む蒸気センサが図１に示される。ここで図１を参照すると、本開示による代表的な蒸気センサ１００は、静電容量に関する特性のセンサ素子１１０を備える。図２に示されるように、静電容量に関する特性のセンサ素子１１０は、誘電体基板１２０と、誘電体基板１２０上に配置された第１導電性電極１３０と、第２導電性電極１４０と、第１導電性電極１３０と第２導電性電極１４０との間に配置され、かつ第１導電性電極１３０と第２導電性電極１４０と接触する微多孔性誘電体材料層１５０と、を備える。
【００２１】
誘電体基板１２０は、例えば、誘電体材料からなる連続したスラブ、層、又はフィルムを備えてもよい。これは第１導電性電極１３０に十分に近接して配置され、センサ素子に物理的強度及び一体性をもたらすように機能し得る。例えば、ガラス、セラミック、及び／又はプラスチックを含む、任意の好適な誘電材料が使用されてもよい。大規模生産においては、（ポリエステル又はポリイミドといった）高分子フィルムを使用してもよい。
【００２２】
第１導電性電極１３０は、任意の好適な導電性材料を含んでよい。全体に十分な導電性がもたらされる限り、（導電性の及び／又は非導電性の）異なる材料の組み合わせを、異なる層又は混合物として使用することができる。典型的には、第１導電性電極１３０は約１０７オーム／平方未満のシート抵抗を有する。第１導電性電極１３０及び／又は第２導電性電極１４０を作製するために使用され得る材料の例としては、有機材料、無機材料、金属、合金、及び様々な混合物、並びにこれらの材料のいずれか、又は全てを含む複合材料が挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、コーティング（例えば、熱蒸気コーティング又はスパッタコーティング）された金属、若しくは酸化金属、又はこれらの組み合わせが使用され得る。好適な導電性材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、スズ、酸化インジウムスズ、金、銀、白金、パラジウム、銅、クロム、カーボンナノチューブ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。特定の実施形態では、第１導電性電極１３０は、金属インキ（例えば銀インキ又は金インキ）を印刷した後に、インキを乾燥させることによって形成することもできる。第１導電性電極１３０は、第１端子１３４及び第２端子１３６をそれぞれ有する。
【００２３】
第２導電性電極１４０は、少なくとも１つの有機分析質に対して透過性があり続ける限り、任意の（１つ又は複数の）材料を含むことができる。第２導電性電極１４０を製作するために使用され得る材料の例としては、有機材料、無機材料、金属、合金、及び様々な混合物、並びにこれらの材料のいずれか、又は全てを含む複合材料が挙げられる。特定の実施形態では、コーティング（例えば、熱蒸気コーティング、スパッタコーティングなど）された金属、若しくは酸化金属、又はこれらの組み合わせが使用され得る。好適な導電性材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、スズ、酸化インジウムスズ、金、銀、白金、パラジウム、銅、クロム、カーボンナノチューブ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。蒸着した蒸気透過性の導電性電極（vapor deposited vapor permeable conductive electrodes）に関する詳細は、米国特許仮出願第６１／３８８，１４６号（Ｐａｌａｚｚｏｔｔｏら）でも見出すことができ、参照することによりその開示が本明細書に組み込まれる。
【００２４】
特定の実施形態では、第２導電性電極１４０は、金属インキ（例えば銀インキ又は金インキ）を印刷した後に、インキを乾燥させることによって形成することもできる。全体に十分な導電性及び透過性がもたらされる限り、異なる材料（導電性及び／又は非導電性）の組み合わせを、異なる層又は混合物として使用することができる。典型的には、第２導電性電極１４０は約１０７オーム／平方未満のシート抵抗を有する。図２に示される通り、第２導電性電極１４０は、第１導電性電極１３０の周辺を超えて伸長する長方形の電極として構成されている。その他の構成もまた使用することができる。例えば、第２導電性電極１４０の形状は第１導電性電極１３０と類似してよく、又は実質的に同じであってよい。
【００２５】
導電性部材１３７、１３９は、１つのスイッチ構成において、第１導電性電極１３０と静電容量に関する特性の測定回路素子１８０とを含む閉回路が形成されるように、第１導電性電極１３０の第２端子１３６及び第１端子１３４それぞれとスイッチ部材１９０とを電気的に接続する。
【００２６】
第２の実施形態では、並列電極構成を有するセンサ素子を含む蒸気センサが図３に示される。ここで図３を参照すると、本開示による代表的な蒸気センサ３００は、静電容量に関する特性のセンサ素子３１０を備える。
【００２７】
図４に示されるように、静電容量に関する特性のセンサ素子３１０は、誘電体基板１２０と、誘電体基板１２０上に配置された第１導電性電極３３０と、第２導電性電極３４０と、第１導電性電極３３０と第２導電性電極３４０との間に配置され、かつ第１導電性電極３３０と第２導電性電極３４０と接触する微多孔性誘電体材料層１５０と、を備える。第１導電性電極３３０は、第１端子３３４及び第２端子３３６をそれぞれ有する。導電性部材３３７は、１つのスイッチ構成において、第１導電性電極３３０と静電容量に関する特性の測定回路素子１８０とを含む閉回路が形成されるように、第２端子３３６とスイッチ部材１９０とを電気的に接続する。
【００２８】
第１導電性電極３３０は、任意の好適な導電性材料を含んでよい。全体に十分な導電性がもたらされる限り、異なる材料（導電性及び／又は非導電性）の組み合わせを、異なる層又は混合物として使用することができる。典型的には、第１導電性電極３３０は約１０７オーム／平方未満のシート抵抗を有する。第１導電性電極３３０及び／又は第２導電性電極３４０を作製するために使用され得る材料の例としては、有機材料、無機材料、金属、合金、及び様々な混合物、並びにこれらの材料のいずれか、又は全てを含む複合材料が挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、コーティング（例えば、熱蒸気コーティング又はスパッタコーティング）された金属、若しくは酸化金属、又はこれらの組み合わせが使用され得る。好適な導電性材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、スズ、酸化インジウムスズ、金、銀、白金、パラジウム、銅、クロム、カーボンナノチューブ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。特定の実施形態では、第１導電性電極３３０は、金属インキ（例えば銀インキ又は金インキ）を印刷した後に、インキを乾燥させることによって形成することもできる。
【００２９】
図４に示される構成においては、第２導電性電極３４０は、有機分析質に対して透過性である必要はないが、所望の場合は透過性であってよい。第２導電性電極３４０を製作するために使用され得る材料には、有機材料、無機材料、金属、合金、及び様々な混合物、並びにこれらの材料のいずれか、又は全てを含む複合材料が挙げられる。特定の実施形態では、コーティング（例えば、熱蒸気コーティング、スパッタコーティングなど）された金属、若しくは酸化金属、又はこれらの組み合わせが使用され得る。好適な導電性材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、スズ、酸化インジウムスズ、金、銀、白金、パラジウム、銅、クロム、カーボンナノチューブ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。特定の実施形態では、第２導電性電極３４０は、金属インキ（例えば銀インキ又は金インキ）を印刷した後に、インキを乾燥させることによって形成することもできる。全体に十分な導電性及び透過性がもたらされる限り、異なる材料（導電性及び／又は非導電性）の組み合わせを、異なる層又は混合物として使用することができる。典型的には、第２導電性電極３４０は約１０７オーム／平方未満のシート抵抗を有する。
【００３０】
第１導電性電極は、導電性である限り、任意の厚さ、例えば少なくとも４ナノメートル（ｎｍ）〜４００ｎｍ又は１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の厚さであってよい。
【００３１】
第１導電性電極は、例えば図２及び４に示される通りの蛇行経路に従ってよいが、これは必要条件ではなく、他の構成もまた考慮される。蛇行経路は典型的には、加熱され得る領域を拡大させる、かつ／又は加熱速度を増加させる働きをする。一般的に、第１導電性電極は、ヒータ回路素子との電気的な通信をする際に容易な抵抗加熱が可能となるように設計すべきである。こうした設計検討は、当業者の技術水準の範囲内にある。
【００３２】
第２導電性電極は、典型的に１ｎｍ〜１００μｍの範囲の厚さを有するが、他の厚さが用いられてもよい。
【００３３】
例えば、図２に示される実施形態では、第２導電性電極は、１ｎｍ〜１００ｎｍの、又は更に４ｎｍ〜１０ｎｍの範囲の厚さを有することができる。より大きな厚さは、望ましくない低レベルの透過性を有し得るが、その一方で、より小さな厚さは、導電性が不十分になる、かつ／又は第２導電性部材への電気的な接続が困難となり得る。
【００３４】
図４に示す実施形態では、第１及び第２の電極は、吸収性で固有に多孔性の材料とは分離して、誘電体基板（例えば、単一平面内）の表面上に隣り合って配置されてもよい。この実施形態では、第２導電性電極は分析質蒸気に対して透過性である必要はない。このような場合、第２導電性電極は、第１導電性電極としての使用に適した材料を用いて製造することができる。
【００３５】
微多孔性誘電体材料１５０は、微多孔性であり、かつその内部で少なくとも１つの分析質を吸収することが可能な、任意の材料であってよい。これに関連して、用語「微多孔性の」及び「微多孔質」とは、材料が、有意な規模の、内部の相互接続された間隙体積を有し、平均孔径（例えば、吸着等温線手段によって特徴付けられる）が、約１００ｎｍ未満、典型的には約１０ｎｍ未満であることを意味する。このような微多孔性により、有機分析質の分子（存在する場合）が、材料の内部孔体積に浸透し、内部孔の中に定着することが可能となる。内部孔内のこのような分析質の存在は、材料の誘電特性を変化でき、それにより誘電率（又は他の任意の好適な電気的特性）の変化を観察することができる。
【００３６】
一部の実施形態では、微多孔性誘電体材料は、いわゆる固有微多孔性ポリマー（ＰＩＭ）を含む。ＰＩＭは、ポリマー鎖の非効率的な充填のために、ナノメートルスケールの孔を有するポリマー材料である。例えば、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００４年、（２）、ｐｐ．２３０〜２３１、Ｂｕｄｄらが、剛性（rigid）及び／又はねじ曲がった（contorted）モノマービルディングブロック間のジベンゾジオキサン結合を含む、一連の固有に微多孔性の材料を報告しているポリマーのこのファミリーの代表的なメンバーとしては、スキーム１に従って表１に示される成分Ａ（例えば、Ａ１、Ａ２、又はＡ３）と成分Ｂ（例えば、Ｂ１、Ｂ２、又はＢ３）との縮合によって生成されるものが挙げられる。
【００３７】
【化１】
2014510933.tif 000003
【００３８】
【表１】
2014510933.tif 000004
【００３９】
更に好適な成分Ａ及びＢ、並びに得られる固有に微多孔性のポリマーは、例えば、Ｂｕｄｄら、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００５，Ｖｏｌ．１５，ｐｐ．１９７７〜１９８６；ＭｃＫｅｏｗｎら、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ａ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ，２００５，Ｖｏｌ．１１，ｐｐ．２６１０〜２６２０；Ｇｈａｎｅｍら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２００８，ｖｏｌ．４１，ｐｐ．１６４０〜１６４６；Ｇｈａｎｅｍら、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００８，ｖｏｌ．２０，ｐｐ．２７６６〜２７７１；Ｃａｒｔａら、Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００８，ｖｏｌ．１０（１３），ｐｐ．２６４１〜２６４３；ＰＣＴ国際公開出願第２００５／０１２３９７  Ａ２号（ＭｃＫｅｏｗｎら）；及び米国特許出願公開第２００６／０２４６２７３号（ＭｃＫｅｏｗｎら）で報告されたように当該技術分野において既知であり、参照することによりその開示は本明細書に組み込まれる。
【００４０】
そのようなポリマーは、例えば、Ａ１（５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダン）などのビス−カテコールを、塩基性条件下で、例えば、Ｂ１（テトラフルオロテレフタロニトリル）などのフッ素化アレーンと反応させる、例えば逐次重合によって合成することができる。得られるポリマーの主鎖の剛性及びねじ曲がった性質ゆえに、これらのポリマーは、固体状態で密に充填することができず、したがって、少なくとも１０パーセントの自由体積を有し、固有に微多孔性である。
【００４１】
ＰＩＭは、他の材料とブレンドすることができる。例えば、ＰＩＭは、それ自体が吸収性誘電体材料ではない材料とブレンドすることができる。分析質応答に寄与しないものの、このような材料は他の理由のために有用であり得る。例えば、このような材料は、優れた機械的特性などを有する、ＰＩＭ含有層の形成を可能にすることがある。一実施形態では、ＰＩＭは、他の材料と共に一般的な溶媒に溶解して、均質な溶液を形成してもよく、これは、キャスティングされて、ＰＩＭ及び他のポリマーの双方を含む吸収性誘電体ブレンド層を形成することができる。ＰＩＭはまた、吸収性誘電体材料である材料（例えば、ゼオライト、活性炭、シリカゲル、超架橋ポリマーネットワークなど）とブレンドされてもよい。このような材料は、ＰＩＭ材料を含む溶液中に懸濁された不溶性材料を含み得る。このような溶液／懸濁液のコーティング及び乾燥は、ＰＩＭ材料と追加の吸収性誘導体材料の双方を含む、複合吸収性誘導体層をもたらすことがある。
【００４２】
ＰＩＭは、典型的に、例えばテトラヒドロフランなどの有機溶媒に可溶性であり、ゆえに、溶液から（例えば、スピンコーティング、ディップコーティング、又はバーコーティングによって）フィルムとしてキャスティングすることができる。しかし、これらのポリマーの溶液から作製されるフィルムの特徴（入手可能な厚さ、光学的透明度、及び／又は外観）が、フィルムのキャスティングに使用される溶媒又は溶媒系に応じて著しく異なる場合がある。例えば、本明細書に記載の蒸気センサで使用するのに望ましい特性を備えたフィルムを作り出すためには、分子量のより高い固有に微多孔性のポリマーは、比較的独特な溶媒（例えば、シクロヘキセンオキシド、クロロベンゼン、又はテトラヒドロピラン）からキャスティングされる必要がある場合がある。溶液コーティング法に加えて、検出層は、任意の他の好適な方法によって第１導電性電極に適用されてよい。
【００４３】
ＰＩＭが堆積される（例えば、コーティングされる）か、ないしは別の方法で吸収性誘電体層を含むように形成された後、材料は、例えば、ビス（ベンゾニトリル）二塩化パラジウム（ＩＩ）などの好適な架橋剤を使用して架橋することができる。このプロセスは、吸収性誘電体層を有機溶媒中で不溶性にするか、及び／又は耐久性、摩擦耐性など特定の物理的特性を向上させることがあり、これは特定の用途において望ましい場合がある。
【００４４】
ＰＩＭは、材料が著しく増大するか、あるいは物理的特性の顕著な変化を示す程度の液体水を吸収することがないように、疎水性であってよい。このような疎水性特性は、水の存在に対する感度が比較的低い有機分析質センサ素子を提供するために有用である。しかしながら、材料は、特定の目的のために、比較的極性の部分を含み得る。
【００４５】
一実施形態では、微多孔性誘電体材料は連続的なマトリックスを備える。このようなマトリックスは、材料の固体部分が連続的に相互接続されているアセンブリ（例えば、コーティング、層など）として定義される（上記の多孔質の存在、又は下記の任意の添加物の存在とは関わりなく）。即ち、連続的なマトリックスは、粒子の凝集（例えば、ゼオライト、活性炭、カーボンナノチューブなど）を含むアセンブリから区別可能である。例えば、溶液から堆積される層又はコーティングは典型的には、連続的なマトリックスを含む（コーティング自体がパターンを有する方法で塗布される、及び／又は粒子状の添加物を含むとしても）。粉末の噴霧、分散体（例えば、ラテックス）のコーティング及び乾燥、又はゾル−ゲル混合物のコーティング及び乾燥によって堆積された粒子の集合は、連続的な網状組織を含まないことがある。しかしながら、このようなラテックス、ゾル−ゲルなどの層が、個別の粒子がもはや認識不可能であるか、又は異なる粒子から得られたアセンブリの領域を認識することが不可能であるように固化され得る場合に、このような層は、連続的マトリックスと見なされる。
【００４６】
本開示による静電容量に関する特性のセンサ素子は、回路製造において一般的な方法を用いて（例えば、蒸着法によって、又はフォトリソグラフィー法によって）、例えば、誘電体基板の上に第１導電性電極を配置することによって（例えば、蒸着法によって、又はフォトリソグラフィー法によって）製造可能である。
【００４７】
次に、好適な有機溶媒内の微多孔性誘電体材料を、第１導電性電極上にコーティングし、溶媒を除去する。最後に、第２導電性電極を微多孔性誘電体材料上に配置する（例えば、蒸着法、又はデジタル印刷法（例えばインクジェット印刷法）を用いたスクリーン印刷といった印刷法によって）。
【００４８】
再び図１及び３を参照すると、ヒータ回路素子１７０は、第１及び第２導電性部材１７４、１７６をそれぞれ有する。第１及び第２導電性部材は、第１導電性電極（１３０又は３３０）の第１及び第２端子（１３４、１３６又は３３４、３３６）それぞれと可逆的に遮断可能な電気的通信をする。ヒータ回路素子は第１導電性電極に電力を供給し、抵抗加熱により温度上昇をもたらす。ヒータ回路素子は、それが第１導電性電極を加熱するに十分な電力を容易に供給し得るように選択されるべきである。ヒータ回路素子の例としては、交流（ａｃ）アダプター（電源に接続されていれば）、及び電池が挙げられる。
【００４９】
図１に示される実施形態では、静電容量に関する特性の測定回路素子１８０は、スイッチ部材１９０及び導電性配線１３９、１３７のそれぞれを介して、第１導電性電極１３０の第１及び第２端子１３４、１３６と可逆的に遮断可能な電気的通信をする第１導電性部材１８４を有する。
【００５０】
図３に示される実施形態では、静電容量に関する特性の測定回路素子１８０は、スイッチ部材１９０及び導電性配線３３９、３３７のそれぞれを介して、第１導電性電極３３０の第１及び第２端子３３４、３３６と可逆的に遮断可能な電気的通信をする第１導電性部材１８４を有する。
【００５１】
静電容量に関する特性の測定が可能な任意の装置を、静電容量に関する特性の測定回路素子１８０として使用することが可能である。例としては、ＬＣＲメーター及びマイクロプロセッサ（例えば、ディジタイザーとの組み合わせで）が挙げられる。
【００５２】
図１及び３に示される通り、第２導電性部材１８６は第２導電性電極（１４０又は３４０のそれぞれ）と電気的に通信する。しかしながら、本開示による蒸気センサは、第２導電性部材が第２導電性電極と可逆的に遮断可能な電気的通信をするように構成することができることも考えられる。静電容量に関する特性の測定回路素子は、マイクロプロセッサ、ディスプレイ、又は他の装置と通信的に連結することもできる。
【００５３】
一部の実施形態では、第２導電性電極は第１及び第２端子を有することができる。ここで図４を参照すると、代表的な第２導電性電極３４０は、第１及び第２端子３４４、３４６のそれぞれを有する。この構成では、第２導電性部材１８６は、第１端子３４４を介して第２導電性電極３４０と電気的に通信する。任意に、第２導電性部材１８６は、第１及び第２端子３４４、３４６のそれぞれと接触することができる。例えば、図４に示されるものといったセンサ素子を、１つ以上のスイッチ部材を介して第１及び第２導電性電極と可逆的に遮断可能な電気的通信をするヒータ回路素子を有する構成にすることが可能であると更に考えられる。
【００５４】
静電容量に関する特性の測定回路素子は、第１導電性電極と第２導電性電極との間に電圧差を適用して、静電容量に関する特性を測定する。続いて、例えば手で、又はマイクロプロセッサで、静電容量に関する特性を使用して、例えば基準較正に従って、既知の分析質の蒸気濃度を得る。分析質蒸気の蒸気濃度を判定する代表的な１方法が、２０１１年４月１３日出願の米国特許仮出願第６１／４７５，０１４号（代理人整理番号６７３３４ＵＳ００２）、名称「較正情報を含む電子装置及びその使用方法（ELECTRONIC DEVICE INCLUDING CALIBRATION INFORMATION AND METHOD OFUSING THE SAME）」に開示されている。
【００５５】
再び図１及び３を参照すると、スイッチ部材１９０は、ヒータ回路素子１７０の第１及び第２導電性部材（１７４、１７６）と第１導電性電極（例えば、第１導電性電極１３０又は第１導電性電極３３０）の第１及び第２端子のそれぞれとの間の電気的通信を同時に可逆的に遮断することが可能であり、また静電容量に関する特性の測定回路素子の第１及び第２導電性部材と、第１導電性電極及び第２導電性電極との間の電気的通信を可逆的に遮断することが可能である。導電性部材１３７又は３３７は、第１導電性電極１３０又は３３０のそれぞれの第２端子１３６又は３３６と、スイッチ部材１９０とを電気的に接続する。
【００５６】
図１及び３に示す実施形態では、単一のスイッチ部材が含まれるが、より多くのスイッチ部材が含まれるその他の構成もまた考えられる。例えば、ヒータ回路素子及び静電容量に関する特性の回路素子のそれぞれが、別個のスイッチ部材によってセンサ素子に接続されてもよい。しかしながら、利便性の観点から、図１及び３に示される実施形態が有利である。
【００５７】
スイッチ部材は、ａ）第１導電性電極を介して第１端子から第２端子に電流が流れるかどうか、又は、ｂ）静電容量に関する回路の測定回路素子（capacitance-related circuit measurement circuit element）が、第１導電性電極及び第２導電性電極と電気的通信するかどうかを制御する。モードａ）ではセンサ素子の加熱が達成されるが、一方、モードｂ）では静電容量に関する特性の測定素子が得られ得る。第１導電性電極の加熱及び静電容量に関する特性の測定を同時に行うこともまた意図される。
【００５８】
好適なスイッチ部材には、例えば、デジタル及びアナログスイッチが挙げられる。それに加えて、複数のスイッチ部材（任意のタイプのものと独立して）を蒸気センサに含めてよい。例には、トグルスイッチ、インラインスイッチ、押しボタンスイッチ、ロッカースイッチ、及びキーパッドスイッチなどの電気機械スイッチ、並びにトランジスタベースの半導体スイッチなどの電気スイッチが挙げられる。望ましくは、任意の（１つ又は複数の）スイッチ部材は電気動作式である。
【００５９】
任意のスイッチコントローラ１３５は導電性部材１３８を介してスイッチ部材１９０と電気的に通信し、スイッチ部材１９０の動作を制御する。好適な任意のスイッチコントローラの例には、半導体マイクロプロセッサ及びコンピュータが挙げられる。
【００６０】
再び図１及び３を参照すると、任意の温度センサ１９５は温度測定回路素子１９６及び検出器１９７を備える。静電容量に関する特性のセンサ素子の温度を測定できるようにするため、検出器１９７は、第１導電性電極（１１０又は３１０）に隣接した誘電体基板上に配置される。好適な任意の温度センサの例には、熱電対及びサーミスタが挙げられる。存在する場合、任意の温度センサ１９５は導電性トレース１９７を介して、温度を監視し、かつ（１つ又は複数の）スイッチ部材を通じて接続を制御する任意のスイッチコントローラ１３５に電気的に接続することができる。例えば、それは所望の温度が達成されるよう、加熱及び静電容量に関する特性の測定のオン−オフのデューティサイクルを調節することができる。
【００６１】
本開示による蒸気センサに含まれ得る更なる構成部品には、部分カバー、電子ディスプレイ、及びコンピュータ読み取り可能な記憶装置が挙げられる。
【００６２】
明示されていないが、本開示による蒸気センサの様々な電気部品には、使用中に機能するのに十分な電力が供給されていることは理解されるだろう。
【００６３】
任意の保護カバー又は障壁層が、第１導電性電極又は第２導電性電極の少なくとも一方に近接して設けられてよい。例えば、一実施形態では、カバー層は第２導電性電極の上に配置されてよく、第２導電性電極のある領域が第２導電性部材の電気接点との電気接点にアクセスできるようにする。いかなるこのようなカバー層も、センサ素子の機能を有意に妨げるべきではない。例えば、吸収性誘電体層に到達するために、対象の分析質がカバー層を必ず通過するようにセンサ素子が構成されている場合、カバー層は分析質に対して十分に透過性であるべきである。
【００６４】
本開示の選択された実施形態
第１の実施形態では、本開示は、
静電容量に関する特性のセンサ素子であって、
誘電体基板と、
誘電体基板上に配置され、第１及び第２端子を有する、第１導電性電極と、
第２導電性電極と、
第１導電性電極と第２導電性電極との間に配置され、かつ第１導電性電極と第２導電性電極と接触する微多孔性材料を備える誘電体層と、を含む、静電容量に関する特性のセンサ素子と、
第１導電性電極の第１及び第２端部のそれぞれと可逆的に遮断可能な電気的通信をする第１及び第２導電性部材を有するヒータ回路素子と、
静電容量に関する特性の測定回路素子であって、第１及び第２導電性部材を有し、静電容量に関する特性の測定回路素子の第１導電性部材が第１導電性電極と可逆的に遮断可能な電気的通信をし、静電容量に関する特性の測定回路素子の第２導電性部材が第２導電性電極と電気的に通信する、静電容量に関する特性の測定回路素子と、
ヒータ回路素子の第１及び第２導電性部材と第１導電性電極の第１及び第２端子のそれぞれとの間の電気的通信を可逆的に遮断することが可能であり、また静電容量に関する特性の測定回路素子の第１導電性部材と第１導電性電極との間の電気的通信を可逆的に遮断することが可能である、少なくとも１つのスイッチ部材と、を備える蒸気センサを提供する。
【００６５】
第２の実施形態では、本開示は、前記少なくとも１つのスイッチ部材が、
ヒータ回路素子の第１及び第２導電性部材と第１導電性電極の第１及び第２端子のそれぞれとの間の可逆的に遮断可能な電気的通信と、
静電容量に関する特性の測定回路素子の第１導電性部材と第２導電性電極との間の可逆的に遮断可能な電気的通信とのそれぞれを、同時に可逆的に遮断することが可能である、第１の実施形態の蒸気センサを提供する。
【００６６】
第３の実施形態では、本開示は、第２導電性電極が少なくとも１つの有機蒸気に対して透過性である、第１又は第２の実施形態に記載の蒸気センサを提供する。
【００６７】
第４の実施形態では、本開示は、第２導電性電極が乾燥銀インキを含む、第１〜３の実施形態のいずれか１つに記載の蒸気センサを提供する。
【００６８】
第５の実施形態では、本開示は、第２導電性電極が蒸着金属を含む、第１〜３の実施形態のいずれか１つに記載の蒸気センサを提供する。
【００６９】
第６の実施形態では、本開示は、微多孔性材料が固有微多孔性ポリマーを含む、第１〜５の実施形態のいずれか１つに記載の蒸気センサを提供する。
【００７０】
第７の実施形態では、本開示は、スイッチ部材と電気的に通信し、また、スイッチの動作を制御するスイッチコントローラを更に備える、第１〜６の実施形態のいずれか１つに記載の蒸気センサを提供する。
【００７１】
第８の実施形態では、本開示は、第１導電性電極に隣接した誘電体基板上に配置された温度センサを更に備える、第１〜７の実施形態のいずれか１つに記載の蒸気センサを提供する。
【００７２】
第９の実施形態では、本開示は、スイッチコントローラが温度センサと電気的に通信する、第８の実施形態に記載の蒸気センサを提供する。
【００７３】
第１０の実施形態では、本開示は、第１及び第２導電性電極並びに検出層がそれぞれ、基板と接触する、第１〜９の実施形態のいずれか１つに記載の蒸気センサを提供する。
【００７４】
第１１の実施形態では、本開示は、第１及び第２導電性電極が平行である、第１〜９の実施形態のいずれか１つに記載の蒸気センサを提供する。
【００７５】
第１２の実施形態では、本開示は、静電容量に関する特性が静電容量を含む、第１〜１１の実施形態のいずれか１つに記載の蒸気センサを提供する。
【００７６】
当業者であれば、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく本開示の様々な改変及び変更を行うことが可能であり、また、本開示は上記に記載した例示的な実施形態に不要に限定されるべきではない点は理解されるべきである。
【図１】
2014510933.tif 000005
【図２】
2014510933.tif 000006
【図３】
2014510933.tif 000007
【図４】
2014510933.tif 000008
【国際調査報告】
2014510933.tif 000009
2014510933.tif 000010