[發明專利]生產氫氣檢測傳感器的方法和所得傳感器

有效

• 申請號: 201480054023.9
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN105745529B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 吉列爾莫·埃斯皮諾薩魯達;諾拉·馬汀茲桑斯;阿古斯丁·羅德里格斯岡薩雷斯艾力皮;佩德羅·卡斯蒂列羅杜蘭;安赫爾·巴蘭科科洛;弗朗西斯科·于貝洛瓦林西亞;胡安佩德羅·埃斯皮諾斯曼左拉;何塞·可迪諾包蒂斯塔;弗朗西斯科·加西亞加西亞
• 申請（專利權）人: 阿本果太陽能新技術有限公司
• 主分類號: G01N21/78
• 分類號: G01N21/78;G01N33/22;C23C14/10;C23C14/35
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所(普通合伙) 11276
• 代理人: 劉云貴

技術領域

本發明涉及一種生產氫氣檢測傳感器的方法，外加使用此方法生產的傳感器。

本發明的主要應用在于熱電太陽能發電領域，用于檢測由于用于此行業的載熱流體的分解可能產生的氫氣。開發的傳感器也推薦用于需要在多種工業環境中檢測痕量氫氣的應用中。

背景技術

盡管在科學和專利文獻目錄中，已報導大量的氫氣檢測方法，其基于測量如ZnO、SnO₂、TiO₂等的氧化物半導體中的傳導性變化的過程，一般使用能夠使分子氫解離的金屬粒子(例如Pt、Pd等)的存在活化，其重要缺點為其必須在高溫(環境溫度以上)下操作的必要性，這除了需要限局性的加熱系統以外，還造成待檢測的氫氣在空氣中或與氧氣混合的情況下誘發爆炸的危險。

由于這些缺點，在目前先進技術中，存在氫氣檢測傳感器，其在環境溫度下操作且基于不具有傾向于產生能夠產生氣體著火的火花的電路的顏色變化(發色團傳感器)原理。實現所述顏色變化的典型方式由將易于可還原的氧化物，如WO₃、MO₃、ZnO等與能夠在低溫下使氫氣分子解離的如Pt、Pd等的金屬粒子混合構成。此概念方法已為各種著作的目標且已要求于如JP2007155650-A、JP2011021911-A的專利中。這種類型的系統的操作能力的極重要條件為氧化物具有高孔隙率以促進所討論的氣體(在此狀況下為氫氣)與氧化物之間的廣泛接觸。此高孔隙率也使得系統的更昂貴要素，金屬(Pt、Pd等)能夠以小粒子形式分散，因此減少待使用的總量。這些條件迫使目前先進技術的裝置以粉末形式使用氧化物，這在其于襯底上處理和固定中涉及各種困難，也阻止使用需要非光可分散材料的光學檢測方法。

處理這些困難，專利WO2009133997要求使用磁控濺鍍技術開發呈薄層形式的傳感器，其中以致密形式制備的如WO₃的氧化物插入襯底與同樣使用磁控濺鍍制備的連續且致密的Pt-Pd層之間。此架構使得當Pt-Pd外層暴露于氫氣時氧化物WO₃能夠改變顏色，盡管其可在調節顏色變化的量值時有問題，鑒于經由致密層擴散的困難，其僅將在與金屬層緊密接觸的WO₃的原子層中出現。

考慮到以上情形，本發明提出目標為解決存在于目前先進技術中的H₂傳感器的缺點的生產H₂傳感器的新方法。

本發明中所公開的方法為簡單方法，其使得成本能夠最小化，因為其使得生產傳感器所需的活性金屬的量達到最佳，外加提供具有以下優點的H₂傳感器：

-其能夠在環境溫度且最多約550℃下工作

-其允許用肉眼光學檢測H₂。

-其為可逆的傳感器，所述傳感器在存在H₂的情況下改變顏色且在不存在所述氣體的情況下返回到其正常狀態

其為累積傳感器，其顏色隨著暴露于H₂氣體而增加，另外還隨著所述氣體的濃度而增加。

發明內容

本發明涉及一種制備視覺氫氣傳感器，即由于在氫氣的存在下傳感器中的顏色變化而允許用肉眼光學檢測介質中的所述氣體的方法。

生產本發明的氫氣傳感器的方法包含以下時期或階段：

階段1：使用物理氣相沉積(PVD)在襯底上沉積活性氧化物。沉積幾何為掠射角度，優選地在60-90°之間(GLAD)。這產生氧化物的多孔層。

活性氧化物為在完全氧化狀態下不吸收可見光，但當由于暴露于氫原子而部分還原時著色的化合物。這是由于如下事實：存在于氧化物結構中的金屬陽離子可通過其與氫氣的相互作用而經歷其形式氧化態從高值到較低值的還原，且在其氧化態的變化下，陽離子具有在可見光譜范圍內的光吸收。

所述活性氧化物可為簡單或混合的。

活性簡單氧化物為包含單一金屬元素的氧化物且其在其暴露于氫原子之后，其結構的一些陽離子經還原時獲取某一著色。

優選地，在活性簡單氧化物中的為包含選自IVB、VB、VIB、IIB、IIIA、IVA族的金屬的金屬氧化物。

更優選地，在沉積的活性簡單氧化物中的為以下各者：WO₃、MoO₃、Ta₂O₅、TiO₂、ZnO、V₂O₅、SnO₂和In₂O₃。