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原文传递用于确定材料的至少一个性质的系统和方法

专利名称：	用于确定材料的至少一个性质的系统和方法
摘要：	本发明涉及一种用于确定一或多种气体的一或多个性质的系统。所述系统包括经配置以测量样本在多个温度下的热导率和放热响应的传感器。在两个或更多个温度下对暴露于气体样本的传感器响应由子系统进行补偿和分析。所述子系统经配置以确定所述气体样本在所述两个或更多个温度中的每一者下的热导率，且至少部分地基于所述样本在所述两个或更多个温度中的每一者下的热导率值而确定所述气体样本的至少一种组分。还揭示了确定样本的一或多个性质的相关系统和方法。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	内华达纳米技术系统公司
发明人：	B·S·罗杰斯;C·J·杜德利;J·D·亚当斯;R·G·惠滕;A·C·伍兹;V·N·哈通
专利状态：	有效
申请日期：	2017-08-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201780052002.7
公开号：	CN109716116A
代理机构：	北京律盟知识产权代理有限责任公司
代理人：	沈锦华
分类号：	G01N25/18(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	美国内华达州
主权项：	1.一种用于确定一或多个样本的一或多个性质的系统，所述系统包括：至少一个热导率传感器，其经配置以测量当所述至少一个热导率传感器处于第一温度时和当所述至少一个热导率传感器处于至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应；以及子系统，其经配置以至少部分地基于当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应和当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应而确定所述样本的至少一种组分的存在。 2.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统经配置以：确定当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应与当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器的基线响应之间的第一差；以及确定当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应与当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器的基线响应之间的第二差。 3.根据权利要求2所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述第一差与所述第二差的比率而确定所述样本的身份。 4.根据权利要求2所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述第一差、所述第二差的组合向量的量值、所述第一差的量值以及所述第二差的量值中的至少一者而确定所述样本的浓度。 5.根据权利要求2所述的系统，其中当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和处于所述至少第二温度时的所述基线响应包括当所述至少一个热导率传感器处于所述相应第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于空气的响应。 6.根据权利要求2所述的系统，其中当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度时的所述基线响应包括当所述至少一个热导率传感器处于所述相应第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于参考气体的响应。 7.根据权利要求6所述的系统，其中所述子系统经配置以：确定当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述样本的所述热导率与所述参考气体的所述热导率之间的差；以及确定当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述样本的所述热导率与所述参考气体的所述热导率之间的差。 8.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个热导率传感器包括：第一热导率传感器，其经配置以在所述第一热导率传感器处于所述第一温度时暴露于所述样本；以及第二热导率传感器，其经配置以在所述第二热导率传感器处于所述至少第二温度时暴露于所述样本。 9.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个热导率传感器包括单个热导率传感器，所述单个热导率传感器经配置以在所述单个热导率传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度时暴露于所述样本。 10.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以在所述至少一个热导率传感器暴露于所述样本时使所述至少一个热导率传感器的温度斜升到预定温度。 11.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统经配置以基于当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应与当所述至少一个热导率传感器处于所述第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的比率而确定所述样本的身份。 12.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以基于所述样本的浓度与当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时或当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应之间的关系而确定所述样本的平均分子量和浓度中的至少一者。 13.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述样本的热导率等于空气的热导率的温度而确定所述样本的身份。 14.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以确定在空气的热导率等于潮湿空气的热导率的温度下所述样本的热导率。 15.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以基于当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应对当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的向量的量值以及当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的一者或两者时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的量值中的至少一者而确定所述样本的浓度。 16.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括经配置以测量温度、压力、湿度和流动速率中的至少一者的至少一个环境传感器，其中所述子系统进一步经配置以针对温度、压力、湿度和流动速率中的所述至少一者补偿所述至少一个热导率传感器的输出。 17.根据权利要求1所述的系统，其中所述子系统经配置以确定当所述至少一个热导率传感器处于在约50℃与约250℃之间的第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应以及当所述至少一个热导率传感器处于在约300℃与约800℃之间的第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应。 18.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括催化传感器，其中所述子系统经配置以基于当所述催化传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的一者时所述催化传感器对暴露于所述样本的响应与当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的所述相应一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应之间的差而确定所述至少一种组分的所述存在。 19.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括阻尼传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于所述阻尼传感器对暴露于所述样本的响应相对于所述阻尼传感器对暴露于参考气体的基线响应之间的关系而确定所述至少一种组分的存在。 20.根据权利要求19所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述阻尼传感器的至少一个谐振参数的改变相对于所述至少一个谐振参数的基线之间的关系而确定所述至少一种组分的所述存在。 21.根据权利要求19所述的系统，其中所述阻尼传感器包括微悬臂。 22.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括经配置以与所述样本中的一或多个特定分析物相互作用的金属氧化物半导体传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于所述金属氧化物半导体传感器对暴露于所述样本的响应而确定所述样本的所述至少一种组分的所述存在。 23.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括微悬臂传感器，所述微悬臂传感器包括经调配以与所述样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的涂层，其中所述子系统进一步经配置以基于所述微悬臂传感器响应于暴露于所述样本的一或多个谐振参数而确定所述样本的所述至少一种组分的所述存在。 24.一种用于确定样本的至少一个性质的系统，所述系统包括：至少一个热导率传感器；至少一个阻尼传感器；以及子系统，其经配置以：当所述至少一个热导率传感器处于超过约50℃的温度时，确定所述至少一个热导率传感器对暴露于样本的响应；确定所述至少一个阻尼传感器对暴露于所述样本的响应；以及至少部分地基于当所述至少一个热导率传感器处于所述超过约50℃的温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应与所述阻尼传感器对暴露于所述样本的所述响应之间的关系而确定所述样本的至少一种组分的存在。 25.根据权利要求24所述的系统，其中所述子系统经配置以：相对于所述至少一个热导率传感器的基线响应确定所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的响应；以及相对于所述至少一个阻尼传感器的基线响应确定所述至少一个阻尼传感器对暴露于所述样本的响应。 26.根据权利要求25所述的系统，其中所述子系统经配置以：基于所述样本的所述热导率与所述参考气体的所述热导率之间的差而确定所述样本相对于参考气体的热导率的改变；以及基于所述至少一个阻尼传感器对暴露于所述样本的所述响应与所述至少一个阻尼传感器的所述基线响应之间的差而确定所述至少一个阻尼传感器的至少一个谐振参数的改变。 27.根据权利要求26所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述样本的所述热导率与所述参考气体的所述热导率之间的差和所述至少一个阻尼传感器对暴露于所述样本的所述响应与所述至少一个阻尼传感器的所述基线响应之间的差的比率而确定所述样本的身份。 28.根据权利要求26所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述热导率的所述改变对所述至少一个谐振参数的所述改变的向量的量值而确定所述样本的浓度。 29.根据权利要求26所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述样本相对于所述参考气体的所述热导率的所述改变、所述至少一个阻尼传感器的所述至少一个谐振参数的所述改变以及所述至少一个阻尼传感器的至少另一谐振参数的改变之间的关系而确定所述样本的所述至少一种组分的存在。 30.根据权利要求24所述的系统，其中所述至少一个阻尼传感器包括微悬臂。 31.根据权利要求24所述的系统，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以在所述至少一个热导率传感器暴露于所述样本时使所述至少一个热导率传感器的温度斜升到预定温度。 32.根据权利要求24所述的系统，其进一步包括经配置以测量温度、压力、湿度和流动速率中的至少一者的至少一个环境传感器，其中所述子系统进一步经配置以针对温度、压力、湿度和流动速率中的所述至少一者补偿所述热导率传感器的所述输出和所述至少一个阻尼传感器的输出。 33.根据权利要求24所述的系统，其进一步包括催化传感器，其中所述子系统进一步经配置以响应于使所述催化传感器暴露于所述样本而接收来自所述催化传感器的输出且进一步经配置以基于所述催化传感器的所述输出而确定所述至少一种组分的所述存在。 34.根据权利要求33所述的系统，其中所述催化传感器包括催化微热板传感器和催化微悬臂传感器中的一者。 35.根据权利要求33所述的系统，其中所述子系统经配置以响应于检测到来自所述催化传感器的放热响应而至少部分地基于所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应与所述至少一个阻尼传感器对暴露于所述样本的所述响应之间的关系而确定所述样本的至少一种组分的身份和浓度中的至少一者。 36.根据权利要求24所述的系统，其进一步包括经配置以与所述样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的金属氧化物半导体传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于所述金属氧化物半导体传感器对暴露于所述样本的响应而确定所述样本的所述至少一种组分的所述存在。 37.根据权利要求24所述的系统，其进一步包括微悬臂传感器，所述微悬臂传感器包括经调配以与所述样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的涂层，其中所述子系统进一步经配置以基于所述微悬臂传感器响应于暴露于所述样本的一或多个谐振参数而确定所述样本的所述至少一种组分的所述存在。 38.一种用于确定样本的至少一个性质的系统，所述系统包括：至少一个热导率传感器；至少一个催化传感器；以及子系统，其经配置以：确定当所述至少一个热导率处于第一温度和至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的响应；确定当所述至少一个催化传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于所述样本的响应；以及至少部分地基于当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应以及当所述至少一个催化传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于所述样本的所述响应而确定所述样本的至少一种组分的存在。 39.根据权利要求38所述的系统，其中所述子系统经配置以：确定当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应相对于所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者下的基线热导率响应的改变；通过确定当所述至少一个催化传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于所述样本的所述响应相对于所述相应第一温度和所述至少第二温度中的每一者下的基线催化响应的改变而确定所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者下的催化活性；以及基于以下各项确定所述至少一种组分的所述存在：当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和所述至少第二温度中的每一者时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的改变；以及所述第一温度下的所述催化活性和所述至少第二温度下的所述催化活性。 40.根据权利要求39所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项确定所述至少一种组分的所述存在：通过所述第一温度下的所述催化活性与所述第一温度下的所述至少一个热导率传感器的所述响应的所述改变之间的差确定的所述第一温度下的放热响应；以及通过所述至少第二温度下的所述催化活性与所述至少第二温度下的所述至少一个热导率传感器的所述响应的所述改变之间的差确定的所述至少第二温度下的放热响应。 41.根据权利要求40所述的系统，其中所述子系统经配置以基于所述第一温度下的所述放热响应与所述至少第二温度下的所述放热响应的比率而确定所述至少一种组分的所述存在。 42.根据权利要求39所述的系统，其中所述子系统经配置以响应于确定所述至少一个热导率传感器的所述响应的改变和所述至少一个催化传感器对暴露于所述样本的催化活性大于阈值时的温度而确定所述样本的所述至少一种组分的身份。 43.根据权利要求39所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以基于所述第一温度下的所述催化活性与所述至少第二温度下的所述催化活性的比率而确定所述样本的身份。 44.根据权利要求39所述的系统，其中所述子系统进一步经配置以基于所述第一温度下的所述催化活性的量值和所述至少第二温度下的所述催化活性的所述量值中的至少一者而确定所述样本中的一或多种气体的浓度。 45.根据权利要求39所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项中的至少两者的比率确定所述样本的身份：当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的所述改变；当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的所述改变；所述第一温度下的所述催化活性；以及所述至少第二温度下的所述催化活性。 46.根据权利要求39所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项中的至少一者确定所述样本的至少一种组分的浓度：当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的所述改变的量值；当所述至少一个热导率传感器处于所述至少第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应的所述改变的量值；所述第一温度下的所述催化活性的量值；以及所述至少第二温度下的所述催化活性的量值。 47.根据权利要求38所述的系统，其中所述至少一个催化传感器包括催化微热板传感器。 48.根据权利要求38所述的系统，其中所述至少一个催化传感器包括包括加热器的微悬臂传感器。 49.根据权利要求38所述的系统，其进一步包括阻尼传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于所述阻尼传感器响应于暴露于所述样本的至少一个谐振参数相对于所述至少一个谐振参数的基线值的改变而确定所述样本的至少一种组分的身份。 50.根据权利要求38所述的系统，其进一步包括经配置以测量温度、压力、湿度和流动速率中的至少一者的至少一个环境传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于所述测得的所述温度、所述压力、所述湿度和所述流动速率中的至少一者而补偿所述至少一个热导率传感器的所述响应和所述至少一个催化传感器的输出。 51.根据权利要求38所述的系统，其进一步包括经配置以与所述样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的金属氧化物半导体传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于所述金属氧化物半导体传感器对暴露于所述样本的响应而确定所述样本的至少一种组分的存在。 52.根据权利要求38所述的系统，其进一步包括至少一个微悬臂传感器，所述至少一个微悬臂传感器包括经调配以与所述样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的涂层，其中所述子系统进一步经配置以基于所述至少一个微悬臂传感器响应于暴露于所述样本的一或多个谐振参数而确定所述样本的至少一种组分的存在。 53.一种用于确定样本的身份的系统，所述系统包括：至少一个热导率传感器；至少一个催化传感器；至少一个阻尼传感器；以及子系统，其经配置以：基于当所述至少一个热导率传感器处于第一温度和第二温度时所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的响应而确定当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度和所述第二温度中的每一者时所述样本的热导率；确定当所述至少一个催化传感器处于所述第一温度和所述第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于所述样本的响应；以及通过确定当所述至少一个催化传感器处于所述第一温度和所述第二温度中的每一者时所述至少一个催化传感器对暴露于所述样本的所述响应相对于所述相应第一温度和所述第二温度中的每一者下的基线催化响应的改变而确定所述第一温度和所述第二温度中的每一者下的催化活性；以及确定所述至少一个阻尼传感器对暴露于所述样本的响应。 54.根据权利要求53所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项确定所述样本的至少一种组分的存在：通过所述第一温度下的所述催化活性与所述第一温度下所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应相对于所述第一温度下所述至少一个热导率传感器的基线热导率响应的改变之间的差确定的所述第一温度下的放热响应；以及通过所述第二温度下的所述催化活性与所述第二温度下所述至少一个热导率传感器对暴露于所述样本的所述响应相对于所述第二温度下所述至少一个热导率传感器的基线热导率响应的改变之间的差确定的所述第二温度下的放热响应。 55.根据权利要求53所述的系统，其中所述子系统经配置以基于以下各项的多维分析确定所述样本中的一或多个分析物的存在：当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时所述样本的所述热导率相对于当所述至少一个热导率传感器处于所述第一温度时参考气体的热导率的改变；当所述至少一个热导率传感器处于所述第二温度时所述样本的所述热导率相对于当所述至少一个热导率传感器处于所述第二温度时所述参考气体的热导率的改变；所述第一温度下所述至少一个催化传感器的所述催化活性；所述第二温度下所述至少一个催化传感器的所述催化活性；以及相对于所述第一温度和所述第二温度中的一者或两者下的所述热导率的所述改变和所述至少一个催化传感器的所述催化活性中的一者或两者的所述至少一个阻尼传感器的至少一个谐振参数的改变。 56.根据权利要求53所述的系统，其进一步包括经配置以与所述样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的金属氧化物半导体传感器，其中所述子系统进一步经配置以基于所述金属氧化物半导体传感器对暴露于所述样本的响应而确定所述样本的至少一种组分的存在。 57.根据权利要求53所述的系统，其进一步包括至少一个微悬臂传感器，所述至少一个微悬臂传感器包括经调配以与所述样本中存在的一或多个特定分析物相互作用的涂层，其中所述子系统进一步经配置以基于所述至少一个微悬臂传感器响应于暴露于所述样本的一或多个谐振参数而确定所述样本的至少一种组分的存在。 58.根据权利要求53所述的系统，其进一步包括气体预浓缩器，所述气体预浓缩器经定位以在所述至少一个热导率传感器、所述至少一个催化传感器和所述至少一个阻尼传感器之前暴露于所述样本，其中通过使所述气体预浓缩器的温度斜升来控制分析物从所述气体预浓缩器的解吸附，其中所述子系统经配置以基于在至少一个温度下产生的至少一个指纹而确定不同组分的身份。 59.根据权利要求58所述的系统，其进一步包括接近于所述气体预浓缩器定位的金属氧化物半导体传感器和经涂布微悬臂传感器中的至少一者。 60.根据权利要求53所述的系统，其进一步包括接近于所述至少一个热导率传感器、所述至少一个催化传感器和所述至少一个阻尼传感器定位的分离器，其中所述子系统经配置以基于在来自所述分离器的时间定序输出期间每一组分的至少一个指纹而确定所述样本中的不同组分的身份。 61.根据权利要求60所述的系统，其进一步包括接近于所述气体分离器定位的金属氧化物半导体传感器和经涂布微悬臂传感器中的至少一者。
所属类别：	发明专利