[發明專利]用于漏氫檢測的鈀合金電化學納米氫傳感器敏感層及方法

無效

• 申請號: 200910201099.0
• 申請日: 2009-12-15
• 公開（公告）號: CN101813657A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 翁百成;李志林;楊輝;吳鑄
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B22F9/24
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及一種傳感器敏感層及制作方法，更確切地說涉及一種用于漏氫檢測的鈀合金電化學納米氫傳感器敏感層及制作方法。屬于氫傳感器領域。?

背景技術

氫氣是一種清潔高效的能源，在航天飛行、礦產冶煉和燃料電池動力車領域有著重要的應用。氫氣是一種無色無味燃燒極限低(4％)且爆炸當量很高的氣體，因此在氫的存儲和利用的所有過程中都必需要快速準確的氫傳感器特別是靈敏度高、響應時間快的氫敏感材料監測氫氣泄露，杜絕安全隱患。傳統的鈀膜電化學氫傳感器敏感層多基于鈀金屬層吸氫電子學性能改變的特性，多具有能耗高，響應時間長等缺陷。而敏感層材料為Sb₂O₅復合固態電解質材料、炭納米管材料和ZnO₂等非鈀基材料，其靈敏度較Pd基材料的氫傳感器低(陶長元，唐金晶，杜軍，孫才新.氫敏材料及氫氣傳感器的研究進展.材料導報，2005，19(2)：9-11)。本發明所述的氫傳感器敏感層是一種新型的、尚未被報道的，特征是負載在絕緣體表面的納米量級的鈀合金材料，是一種快速靈敏抗干擾性強的低成本化學氫傳感器敏感層。其基本手段是利用金屬納米鈀合金顆粒吸氫膨脹相互接觸從而改變膜層電阻這一特性進行氫氣檢測。由于鈀合金納米顆粒的吸氫膨脹率達11％，且吸氫前后膜層電阻變化巨大，因此能實現對低濃度氫的檢測。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種低成本、性能穩定可靠、快速響應的漏氫檢測電化學納米氫傳感器敏感層及制作方法。?

金屬鈀具有吸收氫分子并使自身發生膨脹變形的特征，膨脹率可達11％，而且這一特征是可逆的，因此可以用來實現漏氫檢測。在未吸氫時，納米結構?的電化學氫傳感器敏感層粒子之間結合不充分，因此具有較高的電阻，隨著納米粒子吸收氫氣而膨脹，相鄰粒子之間結合的緊密性就會提高，導電性能也隨之增加，完全吸收氫氣后電阻可下降5～6個數量級，且一旦從環境中除去氧氣，傳感器吸收的氫氣就會短時間內釋放。在鈀氫傳感器敏感層中摻雜質量分數為15％的鎳，并使之合金化，提高了純鈀傳感器抗毒化能力，穩定了氫傳感器敏感層的相結構。?

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的，通過化學還原法制得的碳負載的納米級鈀銀或鈀鎳等粒子和使用硅烷偶聯劑修飾的玻璃基體化學吸附鈀合金納米粒子，得到絕緣體負載的鈀合金納米顆粒漏氫傳感器敏感層。?

現將技術方案的各步驟分述如下：?

本發明提供的敏感層是由納米量級的鈀鎳或鈀銀合金，吸附在硅烷偶聯劑修飾的玻璃基體上，其中納米合金粒徑5-80nm，厚度為20-150nm。其中鈀鎳或鈀銀合金是由質量百分數為85-94％的鈀和質量百分數為15-6％的銀或鎳組成。?

本發明所述的硅烷偶聯劑的組成通式為Y(CH₃)_nSiX₃，n為0-3的整數，X為可水解基團如氯、甲氧基、乙酰氧基等，Y為有機官能團，如乙烯基等。使用的的硅烷偶聯劑具體為CH3(CH2)7Si(CH3)2C1、CH3Si(OCH3)2CH2CH2CH2SH)。?

本發明所述的敏感層的制備方法特征在于采用化學還原法制備鈀合金納米金屬粒子，絡合或包覆后采用化學吸附方法吸附到作為絕緣體的硅烷偶聯劑玻璃基體表面；?

其中，所述的化學還原法使用的還原劑為抗壞血酸、硼氫化鈉、高溫氫氣或乙二醇，所述的硅烷偶聯劑通式為：Y(CH₃)_nSiX₃，n為0-3的整數，X為可水解基團如氯、甲氧基、乙酰氧基等，Y為有機官能團，如乙烯基等；具體的硅烷偶聯劑如：CH₃(CH₂)₇Si(CH₃)₂Cl、CH₃Si(OCH₃)₂CH₂CH₂CH₂SH)。Pd-Ag敏感層采用檸檬酸絡合或包覆，Pd-Ni敏感層采用十二烷基磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇400絡合或包覆。絡合或包覆是在0-125℃條件下還原劑硅烷偶聯劑修飾的絕緣體表面。?

制備的具體步驟是：?