[實用新型]氫氣選擇性氣敏元件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420362862.4
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN204044103U
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林志東;洪玉元;王學華;李娜
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于金屬氧化物半導體氣敏元件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種選擇性氫氣氣敏元件。?

背景技術(shù)

氫氣一種重要的工業(yè)氣體，在石油化工、電子工業(yè)、冶金工業(yè)、食品加工、浮法玻璃、精細有機合成、航空航天等方面有著廣泛的應用，同時也是一種理想的二次能源。氫氣無色、無味、無臭、易燃，在空氣中含量為4％～74％(體積)時，即形成爆炸性混合氣體。氫氣發(fā)生泄漏是非常危險的事情，在貯藏和使用氫氣的地方應該安裝氫氣報警器和氫氣檢測儀。目前國內(nèi)外絕大多數(shù)氣體報警器是首選半導體氣敏傳感器，它們是以金屬氧化物半導體如SnO₂、ZnO、WO₃等為敏感材料，由于金屬氧化物半導體的氣敏廣譜特性，以及對氫氣靈敏度偏低的特性，常發(fā)生其他氣體引起的誤報和干擾。制備一種具有選擇性、專一性的氫氣氣敏元件成為氫氣安全使用的重要保障。?

實用新型內(nèi)容

本實用新型目的在于提供一種低成本、快速準確、具有專一性的氫氣氣敏元件。?

一種氫氣選擇性氣敏元件，采用多孔陽極氧化鋁膜管作為氣體過濾膜，其兩端帶有鋁支撐管；加熱金屬絲穿過陶瓷管內(nèi)嵌在鋁支撐管內(nèi)并連接加熱電極；所述陶瓷管外表面涂覆金屬氧化物氣敏材料，所述的氣敏材料連接測量電極。?

按上述方案，所述的多孔陽極氧化鋁膜管孔徑小于0.5nm。?

按上述方案，所述的金屬氧化物氣敏材料為鉑摻雜的氧化錫納米材料，平均粒徑為5-100nm；鉑的摻雜量為氧化錫納米材料的0.5-5wt％。?

按上述方案，所述鋁支撐管一端密封形成盲管，另外一端作為抽氣口。?

按上述方案，所述加熱金屬絲為Ni-Cr金屬絲。?

本實用新型的有益效果：?

本實用新型提出了一種新的具有專一性的氫氣氣敏元件，該氣敏元件只對氫氣敏感，對其他氣體無響應；?

氣敏元件使用具有分子篩分效應的孔徑小于0.5nm多孔陽極氧化鋁膜來分離環(huán)境氣體，除氫氣以外的其他可燃氣體都不能通過陽極氧化鋁膜，位于氧化鋁膜管內(nèi)的金屬氧化物氣敏材料只能對進入膜管內(nèi)的氫氣產(chǎn)生氣敏反應，因此快速準確、具有專一性。?

附圖說明

圖1：本實用新型氫氣選擇性氣敏元件示意圖；?

1-多孔陽極氧化鋁膜；2-鋁支撐管；3-加熱絲；4-陶瓷管；5-金屬氧化物氣敏材料；6-加熱電極；7-測量電極；8-抽氣口。?

具體實施方式

以下實施例進一步闡釋本實用新型的技術(shù)方案，但不作為對本實用新型保護范圍的限制。?

參照附圖1所示，一種氫氣選擇性氣敏元件，采用多孔陽極氧化鋁膜管1作為氣體過濾膜，其兩端帶有鋁支撐管2；加熱金屬絲3穿過陶瓷管4內(nèi)嵌在鋁支撐管2內(nèi)并連接加熱電極6；所述陶瓷管4外表面涂覆金屬氧化物氣敏材料5，氣敏材料5連接測量電極7。?

本實用新型中，多孔陽極氧化鋁膜管的制作方法獨特，過程如下：?

鋁金屬管外表面及兩端內(nèi)表面涂覆聚丙烯酸樹脂；置于硫酸溶液中對內(nèi)表面進行陽極氧化，然后用丙酮洗去聚丙烯酸保護膜；石蠟涂覆管兩端的內(nèi)、外表面，置于氯化銅和鹽酸組成的混合液中除去表層未反應的金屬鋁；在鉻酸和磷酸混合液中浸泡，最后得到通孔結(jié)構(gòu)且管兩端帶有鋁支撐管的多孔陽極氧化鋁膜管。引入鋁支撐管使得易碎的多孔陽極氧化鋁膜管得到有效保護，增加了可靠性。?

在化學氣相沉積裝置上采用單原子層化學氣相沉積(ALCVD)工藝，在合適的溫度和氣壓下，SiCl₄或TiCl₄氣體、惰性氣體和水蒸氣交替通過(10-20次循環(huán))陽極氧化鋁膜孔，使平均孔徑小于0.5nm，得到氫氣選擇性過濾膜。優(yōu)化地，多孔陽極氧化鋁膜管孔徑小于0.5nm。對氫氣的選擇性更加高。?

金屬氧化物氣敏材料優(yōu)選為為鉑摻雜的氧化錫納米材料，平均粒徑為5-100nm；鉑的摻雜量為氧化錫納米材料的0.5-5wt％。?

參照附圖1所示，鋁支撐管一端密封形成盲管，另外一端作為抽氣口8。抽氣主動增加空氣流動的速度增加了本實用新型的靈敏性。?

優(yōu)化地，加熱金屬絲為Ni-Cr金屬絲。?

經(jīng)過檢測，本實用新型檢測范圍：100ppm-100000ppm(氣體體積分數(shù)：1ppm＝1X10^-6)；工作溫度：200℃-400℃；檢測靈敏度：5-500(靈敏度定義為元件在空氣中電阻與在測試氣體中電阻的比值)；反應時間：小于2min；恢復時間：小于3min。?

實施例1：?