[發明專利]氫氣傳感器及其制備方法、實現氫氣檢測的方法

有效

• 申請號: 201711064271.3
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107941755B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 金崇君;沈楊;佘曉毅
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G01N21/47
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 葉丹丹

本發明涉及一種氫氣傳感器及其制備方法、采用該氫氣傳感器實現氫氣檢測的方法。該氫氣傳感器包括彈性襯底和位于所述彈性襯底上的氫敏材料納米膜。該氫氣傳感器的制備方法，包括以下步驟：將液態彈性材料和固化劑進行混合，攪拌均勻后，得到混合液體，其中，所述液態彈性材料和所述固化劑的質量比為5:1?20:1；去除所述混合液體中的氣泡；將去除氣泡后的所述混合液體進行烘干和固化，得到彈性襯底；在所述彈性襯底上蒸鍍氫敏納米材料，形成氫敏材料納米膜。上述氫氣傳感器和采用該氫氣傳感器實現氫氣檢測的方法，具有高靈敏度，制作簡單。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，特別是涉及一種氫氣傳感器及其制備方法，以及采用該氫氣傳感器實現氫氣檢測的方法。

背景技術

作為一種清潔的可再生能量載體，氫氣被視為替代傳統化石燃料的理想能源。但是，在氫氣的使用過程中，安全問題是不能忽視的。當氫氣的體積密度在4％-75％范圍內時，容易爆炸。因此，氫氣傳感器對于氫氣的應用是十分必要的。

氫氣傳感器主要包括利用電傳感的傳感器和光學氫氣傳感器。其中，光學傳感器主要包括表面等離子體傳感器和膜結構傳感器。膜結構傳感器通常由多層金屬或金屬化合物納米膜組成，利用納米膜吸收氫氣后產生的介電常數變化進行氫氣測量。氫氣濃度變化可以通過反射率(透射率)強度變化或者直接觀察樣品表面的顏色變化進行確定。

一般地，膜結構傳感器主要是在剛性襯底(如石英片，硅片)上鍍上金屬膜。剛性襯底上的單層膜結構靈敏度較低。

發明內容

基于此，有必要針對如何提高氫氣傳感器的靈敏度的問題，提供一種氫氣傳感器及其制備方法，以及采用該氫氣傳感器實現氫氣檢測的方法。

一種氫氣傳感器，包括彈性襯底和位于所述彈性襯底上的氫敏材料納米膜。

在其中一個實施例中，所述氫敏材料納米膜為鈀膜、鎂膜、釔膜及鎳鎂合金膜中的一種或多種。

在其中一個實施例中，所述氫敏材料納米膜為鈀膜，所述氫敏材料納米膜的厚度為5nm-420nm。

在其中一個實施例中，所述氫敏材料納米膜選自鎂膜、釔膜或鎳鎂合金膜，

所述氫敏材料納米膜的厚度為5nm-800nm。

在其中一個實施例中，所述氫敏材料納米膜為鎂膜、釔膜及鎳鎂合金膜中的一種或多種其他膜與鈀膜構成的復合膜，所述鈀膜位于最上層，其中，所述鈀膜的厚度為5nm-60nm，所述其他膜的厚度為5nm-800nm。

在其中一個實施例中，所述彈性襯底的楊氏模量大于0小于等于60000MPa。

在其中一個實施例中，所述彈性襯底的靠近所述氫敏材料納米膜的表面上具有第一圖案化結構，所述氫敏材料納米膜為具有與所述第一圖案化結構相適配的第二圖案化結構。

一種上述氫氣傳感器的制備方法，包括以下步驟：

在彈性襯底上蒸鍍氫敏納米材料，形成氫敏材料納米膜。

在其中一個實施例中，所述彈性襯底的制備過程包括以下步驟：

將液態彈性材料和固化劑進行混合，攪拌均勻后，得到混合液體，其中，所述液態彈性材料和所述固化劑的質量比為5:1-20:1；

去除所述混合液體中的氣泡；

將去除氣泡后的所述混合液體進行烘干和固化，得到彈性襯底。

一種基于上述氫氣傳感器實現氫氣檢測的方法，其特征在于，包括以下步驟：