薄膜在各種不同的應(yīng)用中正得到廣泛使用。由于自下而上的制造方法的進步和納米材料的利用，在許多行業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)了從塊狀材料到薄膜的轉(zhuǎn)變。在本文中，我們著眼于受益于薄膜，甲烷流量計的應(yīng)用領(lǐng)域之一，并探討了為什么薄膜被用于許多不同類型的甲烷流量計中。
為什么在甲烷流量計中使用薄膜
薄膜是沉積的制劑，涂層或?qū)訝畈牧?，其厚度范圍從小于納米（即原子單層）到幾微米。根據(jù)甲烷流量計的類型，可以采用多種方法制造薄膜，這些方法包括化學氣相沉積（CVD）方法，物理氣相沉積（PVD）方法（例如濺射和分子束外延），原子層沉積（ ALD）以及各種保形和非保形涂層技術(shù)。
薄膜已在甲烷流量計技術(shù)中找到了一系列用途，因為薄膜比許多散裝材料對局部環(huán)境的變化更敏感。這些甲烷流量計的薄性意味著它們通常具有較高的相對表面積，比塊狀材料更容易變形，并且膜的電導(dǎo)率和/或電阻率的細微變化更加明顯。所有這些特性非常適合用于各種類型的傳感任務(wù)，例如，更輕松地吸收（或解吸）表面上的分子，用于撓性甲烷流量計或承受高溫環(huán)境。這種多功能性以及比薄膜甲烷流量計可以更小尺寸制造的事實，這就是為什么越來越多地使用薄膜的原因。
采用薄膜的甲烷流量計類型
薄膜可以由多種材料制成，包括（但不限于）聚合物，納米材料，氧化物絡(luò)合物，熱電材料和硅基材料。因此，可以通過改變薄膜的成分（以及特性）來定制薄膜以適應(yīng)廣泛的應(yīng)用。在這里，我們來看一些受益于薄膜使用的不同類型的甲烷流量計。
氣體甲烷流量計
薄膜可用于確定環(huán)境中各種氣態(tài)分子和揮發(fā)性有機化合物（VOC）的濃度，包括氧氣，二氧化氮，有機胺，氨和乙醇等。薄膜具有高的表面積，以使氣態(tài)分子結(jié)合，并且在吸收時，薄膜內(nèi)的電導(dǎo)率和/或電阻率發(fā)生變化。即使局部變化很小，該變化也是可以測量的，并且吸收分子的數(shù)量相對于電導(dǎo)率/電阻率的變化（即，更大的吸收量等于更大的電變化，反之亦然），這使得這些分子可以集中被推導(dǎo)的氣體。
應(yīng)變甲烷流量計
薄膜的薄性使其比大塊材料更能彎曲和拉緊。與散裝材料相比，它們還更加穩(wěn)定并且抗斷裂。薄膜可用于測量局部應(yīng)變，例如在建筑行業(yè)的某些可穿戴設(shè)備或應(yīng)變儀中。隨著薄膜的變形，變形會導(dǎo)致薄膜的電子性能發(fā)生變化，從而可以測量和監(jiān)控任何應(yīng)變，應(yīng)力或異常運動。
熱通量甲烷流量計
薄膜已用于幾種不同類型的熱通量甲烷流量計中。即熱電堆型和基于RTD的熱通量甲烷流量計。在熱電堆型甲烷流量計的情況下，薄膜熱電偶用于測量具有規(guī)定厚度的絕緣區(qū)域上的溫度差，通過沿溫度監(jiān)控路徑使用更多的熱電偶對可以實現(xiàn)更高的靈敏度。在基于RTD的甲烷流量計中，薄膜RTD用于測量絕緣材料定義區(qū)域上的溫度差。與熱電堆型薄膜甲烷流量計相比，基于RTD的薄膜甲烷流量計更易于制造并且具有更大的信號。
濕度甲烷流量計
以類似于氣體甲烷流量計的方式，可以將薄膜用作發(fā)送組件，以測量環(huán)境的相對濕度。由于相對濕度取決于大氣中有多少水分子，因此高表面積吸收了水分子，這導(dǎo)致了薄膜電導(dǎo)率/電阻率的可測量且可量化的變化。這使得能夠根據(jù)水分子的濃度來處理環(huán)境的相對濕度。
腐蝕甲烷流量計
薄膜也可以用在甲烷流量計中，該甲烷流量計可以測量多個參數(shù)以確定涂層是否已經(jīng)退化，即使在早期也是如此。這些甲烷流量計可以測量涂層及其周圍環(huán)境的溫度，濕度，pH和氯化物含量，所有這些都可以用于確定涂層開始腐蝕的時間，腐蝕副產(chǎn)物和腐蝕速率。這些甲烷流量計使用電化學機制，通過產(chǎn)生與這些反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物成線性比例的電流，來查看涂層上是否發(fā)生了氧化或還原。