基于超分子化学为表面声波化学传感器设计和沉积传感层

摘要

按超分子化学原理用大环化合物为室温SAW/BAW化学传感器设计和沉积传感层。待传感的气体粘附到所述有机传感膜上，因此改变其粘弹性并引起沉积在SAW/BAW设备表面上的所述膜的质量增加。直接印刷法可用作添加式无掩模程序来连同导向层和仅传感器的传感SAW/BAW原理所需的位置上的有机膜的沉积一道沉积SAW/BAW设备所需的金属叉指式换能器和电极。通过所述直接印刷法沉积的凝胶状有机膜可使用不同的热处理解决方案来固结。

说明书

技术领域

实施方案总的涉及SAW/BAW(表面声波/体声波)化学传感器。实施方案还涉及基于超分子化学设计和沉积表面声波化学传感器中使用的有机传感层。实施方案也涉及实现基于SAW的化学传感器的直接印刷法。

发明背景

低温和低动力消耗下的气体检测是主要用于无线检测应用环境下的化学传感器领域的主要关注点。在许多气体传感工业应用中，例如基于金属氧化物的化学电阻器如基于SnO₂的那些可用来检测还原性气体(如H₂、CO、CH₄)和氧化性气体(如NO_X)。例如，SnO₂气体传感器的电阻可在氧化性气体的存在下因NO_X气体与金属氧化物间包括从金属氧化物逸出电子的电荷转移反应而增大。另一方面，在还原性气体的存在下，基于SnO₂的相同传感器的电阻将因对化学电阻器供给电子的电荷转移反应而减小。

取决于气体的类型，这样的传感器通常需要高至450℃的工作温度，而这可能使传感器成为电力的高消费者，消耗范围通常为30-200mW。在MEMS(微电子机械系统)气体传感器应用中，支承受热的传感层的悬膜的绝热性非常高，但为例如产生400℃的温度，动力消耗难以限制在低于20mW。这样的动力消耗水平对于一些应用来说被认为较高，对于无线气体传感应用来说甚至被认为非常高。

另一重要的气体化学传感器为“pellistor”，在其中，气体因与受热表面间的放热催化反应而被检测到，该放热催化反应进一步提高催化表面的温度。此温度提高还增大用来加热所述表面的金属电阻器的电阻。例如，简单的pellistor可自含Al₂O₃的Pd催化剂制备，该催化剂覆盖用来加热催化剂材料的Pt电阻器。由于其内在原理，pellistor同样消耗大量电力，这在许多今后的应用包括无线气体传感器中是不可接受的。

在一种现有技术中，SAW/BAW化学传感器上使用的示例性的聚合物膜材料包括但不限于聚异丁烯、聚苯砜、聚丙烯酸、聚苯乙烯、磺化聚苯乙烯、乙基纤维素、聚乙烯亚胺、聚苯胺、聚乙烯吡咯烷酮、Teflon、Mylar、Kaladex、聚己二酸乙二醇酯、聚马来酸乙二醇酯、聚己内酯、聚乙二醇、聚环氧氯丙烷、苯甲基聚硅氧烷、全氟-2，2-二甲基-1，3-二氧杂环戊烯(PDD)、聚吡咯等。敏感性聚合物膜与靶分子(气体分子)间的相互作用包括：π-π叠加、静电、氢键、尺寸/形状识别(recognition)、范德华力、酸-碱作用。

现有技术中已证明分析物可用SAW/BAW化学传感器检测。这样的分析物可包括例如但不限于非极性蒸气(己烷、甲苯、辛烷)、极性蒸气(丙酮、甲醇)、氯代烃如四氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCE)、氯乙烯(VC)、二氧化碳、一氧化碳、臭氧、一氧化氮、氢氟酸、硫化氢、二氧化硫等。

气体传感应用中采用的有机传感膜必须是化学和力学稳定的并可通过与工业标准涂布方法相容的方法施加到各设备表面。有机传感膜通常通过旋涂(在聚合物材料情况下)或通过蒸发(如有机气相沉积或在小有机分子情况下)沉积。类似地，有机膜被沉积在整个表面上并随后从不必要的区域移除。

基于前面的描述，我们认为存在实现在低温或甚至室温下工作的化学传感器的需要。此外存在基于超分子化学合成和沉积基于有机薄膜的在室温下工作的气体化学传感器的需要。最后存在对无需光刻工艺(lithographic process)而制造SAW化学传感器的新的低成本技术的需要，光刻工艺费用高且可能浪费大量应通过蚀刻从不需要的区域移除的材料。我们认为这些及其他问题可通过本文中讨论的整体而言涉及SAW化学传感器的解决方案得到解决，其中用于传感器的制造的所有层(如金属层、介电层和/或官能化传感层)均通过添加式加工技术如直接印刷实现。

发明概述

提供下面的概述是为了方便理解所公开的实施方案特有的一些发明特征而非意在全面描述。对实施方案的各个方面的全面理解可通过将整个说明书、权利要求书、附图和摘要视为一个整体获得。

因此，本发明的一个方面是提供一种改进的SAW/BAW化学传感器。

本发明的另一方面是提供一种完全基于传感器制造所需的各种类型的层(如金属层、介电层、官能化传感有机膜等)的直接印刷来制造SAW化学传感器的改进技术。

本发明的再一方面是提供一种基于超分子化学为表面声波化学传感器设计和沉积有机传感层的改进方法。

前述方面及其他目的和优势现通过本文描述的方法实现。本文中公开了按超分子化学原理用大环化合物设计和沉积室温SAW/BAW化学传感器中使用的传感层的方法和系统。一般来说，待传感的气体将粘附到有机薄膜上、改变其粘弹性质并引起沉积在SAW/BAW设备表面上的有机传感膜的质量增加。直接印刷法可用作添加式无掩模程序来连同导向层和仅传感器的传感SAW/BAW原理所需的位置上的有机膜的沉积一道沉积SAW/BAW设备所需的金属叉指式换能器和电极。通过直接印刷沉积的凝胶状有机膜可使用不同的热处理方案来固结。“直接印刷法”的使用因此是构造SAW化学传感器的新发展，其中制造中涉及的所有层均通过非光刻工艺获得。因此无需掩盖和从不同区域除去后来的层或部件。对于直接印刷在压电基材上的金属层，可考虑例如银浆。

超分子化学原理如主-客体化学、自组装和静态和/或动态分子识别可用来合成基于大环化合物的有机传感膜，取决于有机层与压电基材的化学键类型，其包括四种不同的化学路径。SAW/BAW传感层的化学路径可为母体大环化合物与基材共价结合、杯芳烃聚合物和冠醚与基材非共价结合、超分子受体粘附在聚合物载体上及掺杂有基于大环化合物的(大体积的)反离子的PANI(聚苯胺)。

这些大环配体的结构由各种形状和尺寸的分子内空腔限定，这些分子内空腔具有适宜的结合位点并拥有独特的性质。分子和离子物类可通过非共价相互作用如范德华力、金属配位、氢键、π-π相互作用、疏水力、静电力等被包络在这些空腔内。可采用的大环化合物的不同类型有：冠醚、杯芳烃、环糊精、穴状化合物、冠状化合物、富勒烯、碳纳米管、坚果壳分子(carcerand)等。

用来实施所公开的实施方案的SAW/BAW设备可检测如下类型的气体和/或蒸气：非极性蒸气(如己烷、甲苯、辛烷)；极性蒸气(如丙酮、甲醇)；芳族和卤代烃如四氯乙烯-PCE、三氯乙烯-TCE、氯乙烯-VC、二氧化碳；一氧化碳；臭氧；一氧化氮；氢氟酸；硫化氢；二氧化硫等。

附图简述

附图与发明详述一起进一步示意本发明的实施方案并用来说明本文中公开的实施方案，附图中相似的数字代表遍及各视图中相同或功能相似的元件，这些附图结合在本说明书中而构成本说明书的一部分。

图1所示的示意图示出了按一个优选的实施方案基于大环化合物的聚合物与压电石英基材共价结合的有机传感膜；

图2A示出的图式示出了按一个优选的实施方案压电基材表面上的羟基与氢氧化铝获得氧负离子的反应；

图2B示出的图式示出了按一个优选的实施方案氧负离子与α，ω二卤代烷间形成锚接卤代化合物的反应；

图2C示出的图式示出了按一个优选的实施方案卤代化合物与杯芳烃的锚接杯芳烃与压电基材的反应；

图3所示的示意图示出了按一个优选的实施方案基于大环化合物的聚合物与压电基材非共价结合的有机传感膜；

图3A示出的图式示出了按一个优选的实施方案5，11，17，23-四-对叔丁基-25，26，27，28-四-10-十一烯氧基杯[4]芳烃与α，ω-二硫醇在作为催化剂的H₂PtCl₆的存在下的聚合反应；

图4示出的示意图示出了按一个优选的实施方案与沉积在压电基材上的聚合物层共价结合的有机大环化合物；

图5A示出的图式示出了聚苯乙烯与甲醛和盐酸在作为催化剂的氯化锌的存在下形成氯甲基化聚苯乙烯的反应，该反应可按一个优选的实施方案实施；

图5B示出的图式示出了氯甲基化聚苯乙烯与4-氨基苯并-15-冠-5按Hoffman-型烷基化形成基于4-氨基苯并-15-冠-5的聚合物的反应，该反应可按一个优选的实施方案实施；

图6A示出的图式示出了2，6-二甲基-1，4-苯醚(PPO)与N-溴代-琥珀酰亚胺(NBS)间按Wohl-Ziegler方法形成溴化PPO的反应，该反应可按一个优选的实施方案实施；

图6B示出的图式示出了含苄溴原子的溴化PPO与氨基杯[n]芳烃间形成基于氨基杯芳烃的PPO的反应，该反应可按一个优选的实施方案实施；

图6C示出了氯甲基化聚苯乙烯与氨基碳纳米管(CNT)间用于获得基于氨基CNT的PPO的反应，该反应可按一个优选的实施方案实施；

图7示出的图式示出了聚乙烯亚胺(PEI)与4’氯甲基苯并-15-冠-5间按Hofmann-型烷基化形成被苯并-15-冠-5合成子官能化的PEI的反应，该反应可按一个优选的实施方案实施；

图8示出的示意图示出了按一个优选的实施方案沉积在压电基材上的掺杂了含大体积有机反离子的大环化合物的PANI聚合物；

图9示出的图式示出了按一个优选的实施方案自掺杂了质子酸HA的处于酸碱平衡的取代PANI(聚苯胺)构造的传感膜；

图10示出了作为含大有机反离子的HA掺杂剂的实例的磺酸基(sulfonato)-环糊精(α，β，γ)的结构，该结构可按一个优选的实施方案实施；

图11示出了作为含大有机反离子的另一掺杂剂的实例的磺酸基氨基碳纳米管的结构，该结构可按一个优选的实施方案实施；

图12示出了全采用直接印刷工艺的SAW气体传感器的前视图，该传感器可按一个优选的实施方案实施；

图12A示出了图12中所示SAW气体传感器的A-A横截面视图，该传感器可按一个优选的实施方案实施；

图13示出了按一个优选的实施方案用来沉积液态的金属层、介电波导层和/或有机膜的直接印刷装置的示意图；

图14示出了按一个优选的实施方案设计和沉积基于母体大环配体的有机传感层的方法的逻辑操作步骤的详细操作流程图；

图15示出了按一个优选的实施方案设计和沉积基于杯芳烃聚合物和冠醚的有机传感层的方法的逻辑操作步骤的详细操作流程图；

图16示出了按一个优选的实施方案设计和沉积基于超分子受体与聚合物载体的粘附的有机传感层的方法的逻辑操作步骤的详细操作流程图；

图17示出了按一个优选的实施方案设计和沉积基于掺杂了大环化合物的聚苯胺的有机传感层的方法的逻辑操作步骤的详细操作流程图。

发明详述

这些非限制性的实施例中讨论的具体的值和构造是可以改变的，其提及仅为说明至少一个实施方案而非意在限制其范围。

看图1，其中示出了按一个优选的实施方案大环化合物与压电基材共价结合的有机传感膜的示意图100。如图1中所示，含官能化大环化合物130的有机传感膜140可与压电基材120共价结合。对于SAW/BAW传感应用，固态有机传感膜140的薄涂层可为官能化大环化合物130，该大环化合物130与压电基材120形成共价键110，压电基材120优选以石英基材的形式提供。

官能化大环化合物130可为例如带适当侧基的α，β，γ改性环糊精(如磺化环糊精、氨基环糊精)、杯[n]芳烃和冠醚、坚果壳分子、冠状化合物和穴状化合物，其各自能直接共价结合在基材120上。由于基材120的表面上存在羟基，故可能形成强结合110。压电基材120与大环化合物130间的反应产生单层，该单层具有好处如：快速响应、长期稳定、结构致密结实。因此，由于共价键110的强度，故所得传感层的脱层是不大可能的。

图2A-2C中示出了制备与石英基材120共价结合的杯[4]芳烃的有机传感膜140所必要的化学反应顺序。来自压电基材120的有机污染物可通过在三氯乙烯中清洗、然后用丙酮再然后用乙醇清洗除去。工艺结束时进行DI去离子水清洗和干燥。

看图2A，其中示出了压电基材表面上的羟基和氢氧化锂获得氧负离子的反应的图式200，该反应可按一个优选的实施方案实施。石英基材120的表面用0.2M的氢氧化锂溶液化学处理五分钟，在该反应结束时，石英基材120上可获得大量的负离子如O^-。这些负离子可用作进一步取代的适宜的亲核试剂。

看图2B，其中示出了氧负离子与α，ω-二卤代烷间形成锚接卤代化合物的反应的图式210，该反应可按一个优选的实施方案实施。经处理的表面上有O-Li⁺离子团的“活化的石英”基材120基于Wiliamson型合成与α，ω-二卤代烷如1，5-二氯戊烷、1，6-二氯己烷和1，7-二氯庚烷反应。如图2B中所示，该反应的产物为含活性氯原子的聚醚。

看图2C，其中示出了按一个优选的实施方案卤代化合物与杯芳烃的锚接杯芳烃与石英基材的反应的图式220。前面获得的卤代化合物与杯[n]芳烃化合物(如母体对叔丁基杯[4，6，8]芳烃及这些化合物的含不同侧基的衍生物)的溶液反应，所述溶液先在NaOH的碱性介质中中和，然后如图2A和2B中所示进行Williamson型合成。反应结束时，杯[4]芳烃有机单层共价结合到石英基材120上。最后可用干燥的乙醇-氯仿(1∶1溶液)洗涤石英基材120，然后在DI水中漂洗并干燥。当传感单层为杯芳烃时，上面的方法可用来检测芳族和卤代烃。如果官能化的传感单层为环糊精，则可检测醇或氟利昂的蒸气。如果主体的空腔如图2C中所示具有大尺寸，则主体空腔可采取不同的形状，从而可实现不同客体分子的动态分子识别。因此，主体空腔越大，可检测的客体分子的量越大。另一方面，通过设计较小尺寸的主体空腔，可增大传感选择性。

上述化合物在石英基材120上的选择性沉积可通过采用如图13中所示的直接印刷法进行。直接印刷法可以无掩模的添加方式仅在如图12的SAW设备中所示的叉指式换能器(IDT)905和910间的区域中沉积有机传感膜140，从而避免了有机传感层140在IDT 905和910区域上的加载。注意，构造金属层和介电波导部件时使用的优选方法是本文中所述的直接印刷法。

看图3，其中示出了按一个优选的实施方案基于大环化合物的聚合物与压电基材非共价结合的有机传感膜的示意图230。如图3中所示，有机传感层140可沉积在压电(石英)基材120上，此时基材120结合力为非共价类型。基于大环化合物的聚合物130对基材120的粘附力可有不同的来源，例如：氢键或范德华力。可使用表面活性剂(如阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性离子)的溶液来增大与基材120的粘附。

杯芳烃聚合物的均匀液相可通过适宜单体(大环受体)的聚合或共聚制备。与压电基材120非共价结合的杯芳烃聚合物的薄固体有机传感膜140的制备可分三步进行。

看图3A，其中示出了5，11，17，23-四-对叔丁基-25，26，27，28-四-10-十一烯氧基杯[4]芳烃与α，ω-二硫醇的聚合反应的图式240，该反应可按一个优选的实施方案实施。在第一步中可按Einhorn方法进行对叔丁基杯[4]芳烃与10-十一烯酰氯间的反应并可得到化合物5，11，17，23-四-对叔丁基-25，26，27，28-四-10-十一烯氧基杯[4]芳烃，其为如图3A的左部分所代表的酯。

在第二步中可进行上面获得的酯与α，ω-二硫醇在作为催化剂的六氯铂酸的存在下的反应并可得到基于杯芳烃的聚合物。

在第三步中可通过膜沉积方法如旋涂、浸涂、喷涂或重力铸造(drop casting)、然后在沉积到石英基材120上之后立即热固结所得“凝胶状”层将如上所得基于杯芳烃的聚合物的二甲基亚砜溶液转化为固体膜。可使用如图13中所示的直接印刷法选择性地在石英基材120上仅SAW/BAW设备的传感原理所需的表面区域上沉积上述液体化合物，然后通过不同的方法如热处理或激光处理或UV灯处理使层固结。在该最后步骤中可将溶剂从基体除去并使膜致密化。待通过这些杯芳烃聚合物检测的靶分子有例如：芳族有机化合物，具体取决于大环配体的尺寸和设计。

看图4，其中示出了按一个优选的实施方案与沉积在压电基材上的聚合物层共价结合的有机大环化合物的示意图250。传感有机膜140基于与沉积在压电基材120上的聚合物层150形成共价键110的超分子受体。化学合成路径由如下步骤组成。

看图5A，其中示出了聚苯乙烯与甲醛和盐酸形成氯甲基化聚苯乙烯的反应的图式260，该反应可按一个优选的实施方案实施。在第一步中，聚苯乙烯与甲醛和盐酸在作为路易斯酸催化剂的氯化锌的存在下按氯甲基化Blank方法如图5A中所示反应形成氯甲基化聚苯乙烯。

看图5B，其中示出了氯甲基化聚苯乙烯与4-氨基苯并-15-冠-5按Hoffman-型烷基化形成基于4-氨基苯并-15-冠-5的聚合物的反应的图式270，该反应可按一个优选的实施方案实施。在第二步中，氯甲基化聚苯乙烯与4-氨基苯并-15-冠-5按Hoffman-型烷基化形成基于4-氨基苯并-15-冠-5的聚合物。将这种类型的聚合物在二甲基亚砜中的溶液如图13中所示直接印刷到设备表面上。合成基于与聚合物层150形成共价键110的超分子受体的这些有机传感膜140的替代途径可为如下。

看图6A，其中示出了2，6-二甲基-1，4-苯醚(PPO)与N-溴代-琥珀酰亚胺(NBS)间按Wohl-Ziegler方法形成溴化PPO的反应的图式280，该反应可按一个优选的实施方案实施。在第一步中，2，6-二甲基-1，4-苯醚(PPO)与N-溴代-琥珀酰亚胺(NBS)按Wohl-Ziegler方法反应以获得溴化PPO。

看图6B，其中示出了含苄溴原子的溴化PPO与氨基杯[n]芳烃间获得基于氨基杯芳烃的PPO的反应的图式290，该反应可按一个优选的实施方案实施。在第二步中，含苄溴原子的溴化PPO与氨基杯[n]芳烃反应以获得基于氨基杯芳烃的PPO。所得基于氨基杯芳烃的PPO的溶液可用来通过如图13中所示的直接印刷沉积法沉积传感层140。

看图6C，其中示出了按一个优选的实施方案氯甲基化聚苯乙烯与氨基碳纳米管(CNT)间获得基于氨基CNT的氯甲基化聚苯乙烯的反应的图式300。使溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中的氯甲基化聚苯乙烯与氨基碳纳米管(溶解在相同的DMF中)在超声浴中反应约六小时以获得基于氨基碳纳米管的氯甲基化聚苯乙烯。制备基于与聚合物载体150形成共价键110的超分子受体的有机传感膜140的另一相似方法在下面描述。

看图7，其中示出了聚乙烯亚胺(PEI)与4’氯甲基苯并-15-冠-5间按Hofmann-型烷基化形成被苯并-15-冠-5合成子官能化的PEI的反应的图式310，该反应可按一个优选的实施方案实施。聚乙烯亚胺(PEI)与4’氯甲基苯并-15-冠-5按Hofmann-型烷基化形成被苯并-15-冠-5合成子官能化的PEI。该液体形式可溶于DMF中并可通过如图13中所示的直接印刷法沉积到石英基材120上。

溶解在DMF中的这些类型的聚合物的溶液可通过如图13中所示的直接印刷法沉积到石英基材120上。有机传感膜140与压电基材120间的键可为例如氢键、范德华相互作用等。这些键对有机传感膜140结合到压电基材120上的稳定性负责。可使用表面活性剂(如阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性离子)的溶液来增大粘附。注意，构造金属层和介电波导部件时使用的优选方法是本文中所述的直接印刷法。待检测的靶分子为芳烃、丙酮、硫化氢、氨、二氧化碳等。

看图8，其中示出了沉积在压电基材表面上的掺杂了含大体积有机反离子的大环化合物的PANI聚合物的示意图340，其可按一个优选的实施方案实施。掺杂了含大体积有机反离子的大环化合物的PANI聚合物160沉积在压电基材120的表面上，其中传感膜140与基材120间没有形成共价结合。

看图9，其中示出了由掺杂了质子酸HA的处于酸碱平衡的取代的PANI(聚苯胺)制成的传感膜的图式350，其可按一个优选的实施方案实施。在这种情况下，有机传感膜140为掺杂了质子酸HA的处于酸碱平衡的取代的聚苯胺。

看图10，其中示出了作为含大有机反离子的HA掺杂剂的实例的磺酸基-环糊精(α，β，γ)的结构370，其可按一个优选的实施方案实施。掺杂剂HA拥有大有机反离子如：杯[n]芳烃的羧酸、如图10中所示的磺酸基-环糊精(α，β，γ)及磺化冠醚如：3’-磺基苯并-12-冠-4(SB12C4)、3’-磺基苯并-15-冠-5(SB15C5)、3’-磺基苯并-18-冠-6(SB18C6)、二(3’-磺基)二苯并-18-冠-6(DSDB18C6)、二(3’-磺基)-二苯并-21-冠-67(DSDB21C7)、二(3’-磺基)-二苯并-24-冠-8(DSDB24C8)。

看图11，其中示出了作为含大有机反离子的另一掺杂剂的实例的磺酸基氨基碳纳米管的结构380，其可按一个优选的实施方案实施。聚合物160通过如图13中所示的直接印刷法沉积在压电基材120上。检测的靶分子为氨、二氧化碳和水。该涂层的选择性因聚苯胺(作为对氨、水、二氧化碳敏感的聚合物)和掺杂剂(由于主-客体关系)得到确保。

看图12，其中示出了SAW气体传感器元件的前视图390，其可按一个优选的实施方案实施。图12中示出了基于Love波的SAW气体传感器。气体传感器390通常含基材120，基材120优选以石英基材的形式提供。基材120上可沉积金属层，金属层可经图案化以获得叉指式(IDT)结构905和910。可如图12A中所示在金属叉指式(IDT)结构905和910上沉积对所有SAW设备特异性的导向层915以通过压电效应而将电能转化为机械能以及将机械能转化为电能。

导向层915应进一步经图案化并可能需要选择性移除导向层915的一些区域以便可接近传感器的电垫(electrical pads)。关于金属层(未示出)和/或介电波导层/部件915，优选的制造方法为如图13中所示的直接印刷工艺。优选的(但非唯一的方法)方法包括直接在所需区域中沉积金属层(未示出)和波导层915而无需进一步图案化和蚀刻。SAW化学气体传感器的制造所需的所有层均可采用这样的直接印刷技术。以这种方式使用直接印刷将降低成本，同时提供快速成型好处。

气体传感器元件功能基于的是位于两个IDT 905和910之间的区域中的传感层140的质量负载和粘弹性质的改变。注意，传感层140可起到例如金属层、波导层915、有机传感膜140和/或其组合的作用。石英基材120上金属、波导层915和/或有机传感膜140的选择性沉积可用如图13中所示的直接印刷法实现。如果导向层915中波的横波速度(shear velocity)低于基材120中的横波速度，则将产生Love波。在基于Love波的SAW设备390中，压电基材120中通过输入叉指式换能器(IDT)905生成的波将被俘获在导向层915中并行进到第二IDT(输出IDT)910，在这里，机械波的能量被转化为电信号的能量。Love波为横波型波，对于压电晶体的某些切割和取向具有显著的振幅。

金属叉指式(IDT)结构905和910的金属材料可优选铝或金。对于IDT制造而言，这些金属电极的厚度为约0.1微米以提供最佳的反射性和机械式充电(mechanical charging)。金属图案化后可沉积导向层915和有机传感膜140。导向层915必须具有高粘度，以便声波不能被削弱。可使用氧化硅或氧化锌作为导向层。导向层厚度取决于SAW工作频率，对于80MHz到400MHz的频率范围，其在2微米到7微米范围内。有机传感膜140通过如图13中所示的直接印刷法沉积在输入叉指式(IDT)换能器905和输出IDT 910间的区域中。

有机传感层140的固结可通过热退火实现，热退火要考虑有机传感层140可保持化学稳定性和传感性质的最大温度。直接印刷法可以无掩模的添加方式仅在SAW设备中叉指式换能器(IDT)905和910间的区域中沉积有机传感层140，从而避免了有机传感层140在IDT区域上的加载。在金属层采用优选的直接印刷法的情况下，可采用的材料有银、金和/或铜，而波导层915可用市场上有售的旋涂在玻璃上的材料(spin-on-glass material)(如二氧化硅)根据特定应用所需的波导厚度和反射率值及其在传感器输出处最大信号的最终目标来构造。

看图12A，其中示出了图12中所示SAW气体传感器的A-A横截面视图400，其可按一个优选的实施方案实施。注意在图1-10中，相同或相似的部分或元件通常由相同的附图标记表示。

看图13，其中示出了用来沉积液态的金属层、介电波导层和/或有机传感膜的直接印刷装置的示意图410，其可按一个优选的实施方案实施。直接印刷装置990通常含雾化液体和颗粒悬浮体的雾化器模块955，雾化器模块955引导并聚焦雾化物质960使之通过喷嘴模块965进入基材120。沉积物质980用载气950递送到雾化器模块955。所述载气最常常是压缩空气或惰性气体，在这里，其中之一或二者可含改变的溶剂蒸气含量。沉积的流体的粘度可通过溶剂的部分蒸发来提高。该提高的粘度可允许更好地控制当与基材120接触时有机膜140的横向铺展。合并流通过喷嘴模块965离开，喷嘴模块965将有机膜140聚焦到基材28上。

金属、波导层915和有机传感膜140的液相正好沉积在需要的区域中，因此可获得材料的节约。不再需要后续光刻工艺来从不需要的区域移除金属或导向层915，例如在用于SAW设备与外部电信号的电连接的垫的情况下。可建议将有机传感膜140的沉积作为制造技术的最后工艺，此时，传感层140在传感器包装后直接印刷，由此可避免因包装工艺的温度聚积而损害有机化合物。

由于液相在基材120上的铺展，故在金属和导向层915的液相中的沉积确保了良好的膜均匀性。凝胶相变在液体转移到基材120上时获得，而直接印刷膜的固态相变通过进一步的热退火获得，热退火要考虑所用金属的类型及导向层915的厚度所加的热限制。用于“凝胶状”层的“焙烧”和进一步致密化的热处理可为局部激光处理，局部激光处理经调节以避免层碎裂及导向层下的金属层的过热。当需要较厚的层时，可重复直接印刷法直至达到必要的厚度。

看图14，其中示出了按一个优选的实施方案设计和沉积基于母体大环配体的有机传感层的方法的逻辑操作步骤的详细操作流程图500。注意，叉指式换能器905和910的金属层、电极以及对于一些SAW化学气体传感器应用而言用作波导的介电导向层915也可经由直接印刷法(例如本文中所述的那些)制造。官能化大环化合物130与压电基材120共价结合的有机传感膜140可如框510处所示合成。有机传感膜140可如框520处所示用直接印刷法410仅在传感SAW原理所需的位置上沉积。其后，有机传感膜140可如框530处所示用热处理解决方案固结。SAW/BAW传感设备中吸收的气体可如框540处所示用有机传感膜140的质量负载和粘弹性质的改变来传感。

看图15，其中示出了按一个优选的实施方案设计和沉积基于杯芳烃聚合物和冠醚的有机传感层的方法的逻辑操作步骤的详细操作流程图600。注意，金属层和介电波导层915的优选方法也为本文中所述的直接印刷法。杯芳烃聚合物与压电基材120非共价结合的有机传感膜140可如框610处所示合成。有机传感膜140可如框620处所示用直接印刷法410仅在传感SAW原理所需的位置上沉积。其后，有机传感膜140可如框630处所示用热处理解决方案固结。SAW/BAW传感设备中吸收的气体可如框640处所示用有机传感膜140的质量负载和粘弹性质的改变来传感。

看图16，其中示出了按一个优选的实施方案设计和沉积基于超分子受体与聚合物载体的粘附的有机传感层的方法的逻辑操作步骤的详细操作流程图700。注意，金属层和介电波导层915的优选方法也为本文中所述的直接印刷法。基于与聚合物载体150共价结合的超分子受体的有机聚合物膜可如框710处所示合成。有机传感膜140可如框720处所示用直接印刷法410仅在传感SAW原理所需的位置上沉积。其后，有机传感膜140可如框730处所示用热处理解决方案固结。SAW/BAW传感设备中吸收的气体可如框740处所示用有机传感膜140的质量负载和粘弹性质的改变来传感。

看图17，其中示出了按一个优选的实施方案(Note)设计和沉积基于掺杂了大环化合物的聚苯胺的有机传感层的方法的逻辑操作步骤的详细操作流程图800，但金属层和介电波导层915和/或部件的沉积中使用的优选方法也为本文中所述的直接印刷法。掺杂了大环化合物的PANI聚合物160的有机传感膜140可如框810处所示合成。有机传感膜140可如框820处所示用直接印刷法410仅在传感SAW原理所需的位置上沉积。其后，有机传感膜140可如框830处所示用热处理解决方案固结。SAW/BAW传感设备中吸收的气体可如框840处所示用有机传感膜140的质量负载和粘弹性质的改变来传感。

应理解，上面所公开的及其他特征和功能或其替代方案的变体可能可合乎需要地结合进许多其他不同的系统或应用中。此外，本领域技术人员随后可想到的本文中目前未预见到或未预料到的各种替代方案、改变、变体或改进也涵盖在随附的权利要求书中。