[發(fā)明專利]氫傳感器及其生產(chǎn)方法、測量裝置、和氫濃度的測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010566076.6
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN112114005A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·維恩耐克
• 申請（專利權(quán)）人: 萬騰榮有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發(fā)明涉及氫傳感器(8)及其生產(chǎn)方法、測量裝置(2)、和氫濃度的測量方法。用于測量環(huán)境(4)中的氫濃度的氫傳感器(8)包括基材(10)，在基材上在與所述環(huán)境連通的傳感器區(qū)域(12)中施加有作為薄膜的吸氫傳感器介質(zhì)(14)，其中傳感器介質(zhì)(14)取決于傳感器介質(zhì)(14)中的氫濃度而改變其體積，并且所述體積的變化引起基材(10)中由傳感器介質(zhì)(14)引入的機械應(yīng)變的變化。的進一步開發(fā)氫傳感器(8)在于基材(10)的至少傳感器區(qū)域(12)內(nèi)是壓阻半導(dǎo)體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于測量環(huán)境中的氫濃度的氫傳感器，其包括基材，在該基材上在與環(huán)境連通的傳感器區(qū)域中施加有作為薄膜的吸氫傳感器介質(zhì)，其中傳感器介質(zhì)取決于傳感器介質(zhì)中的氫濃度而改變其體積，并且所述體積的變化引起基材中由傳感器介質(zhì)引入的機械應(yīng)變的變化。此外，本發(fā)明涉及用于測量環(huán)境中的氫濃度的測量裝置，其包括測量單元和此類氫傳感器。此外，本發(fā)明涉及此類氫傳感器的生產(chǎn)方法。最后，本發(fā)明涉及環(huán)境中的氫濃度的測量方法。

背景技術(shù)

已知不同的變體的可以測量例如空氣等氣體中的氫濃度的氫傳感器。大量的商購可得的氫傳感器基于很少的可測量的物理效應(yīng)。這些物理效應(yīng)之一是不同材料吸收氫的能力。根據(jù)溶解在用作傳感器的材料中的氫量，一種或多種可測量的物理性質(zhì)改變。

從DE 10 2006 018 767A1中已知使用傳感器材料的光學(xué)性質(zhì)的變化的氫傳感器。在從該文獻(xiàn)已知的傳感器的情況下，用電磁輻射照射傳感器介質(zhì)，并且借助于檢測器來測量傳感器介質(zhì)的透射系數(shù)。因此，將材料用作傳感器介質(zhì)，其透射系數(shù)取決于傳感器介質(zhì)的測量環(huán)境中的氫濃度而變化。測得的透射系數(shù)用作環(huán)境中的氫濃度的量度。

在US 7,791,150B1中，公開了一種氫傳感器，其中將結(jié)構(gòu)化電極施加在其上側(cè)具有熱生成的氧化物層的硅晶片上。在其上施加氫敏感性半導(dǎo)體氧化物膜(摻雜有SnO₂的In₂O₃)。例如用溶膠凝膠法來施加該氫敏感性膜。另外，該膜的上側(cè)設(shè)置有氫選擇性膜。半導(dǎo)體氧化物膜的電特性的變化用作氫濃度的定量量度。

從KR 20180074100中已知另一種氫傳感器。提供了一種膜系統(tǒng)，其由用作基材的聚合物膜、促進粘合的膜或?qū)印⒑褪┘佑谄渖系拟Z膜構(gòu)成。如果鈀膜暴露于含氫環(huán)境，則鈀膜由此改變其體積。體積的該變化引起機械應(yīng)變，該機械應(yīng)變在上述膜系統(tǒng)中逐漸增加。將膜系統(tǒng)設(shè)計為彎曲桿。此外，機械應(yīng)變使彎曲桿取決于氫濃度而或多或少地強烈彎曲。

從CN 108872314已知另一種氫傳感器，其中將由鈀構(gòu)成的膜施加至作為基材的氧化鋅(ZnO)。通過該傳感器利用鈀在吸收氫時經(jīng)歷體積變化的上述效果，以對氧化鋅施加機械力。由于氧化鋅顯示壓電效應(yīng)，因此可以提供無源傳感器。氧化鋅上的壓電應(yīng)變是鈀膜暴露于氫濃度的直接量度。

鈀的可切換物理性質(zhì)由金屬原子與氫之間的相互作用而產(chǎn)生，氫在間隙中以原子水平溶解在金屬中。取決于氫濃度，即，溶解在金屬晶格中的氫的量，鈀的晶格常數(shù)改變，這與材料的體積膨脹有關(guān)。該效果是可逆的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供增強的氫傳感器、增強的測量裝置、以及用于測量氫濃度的增強的方法、和用于生產(chǎn)此類氫傳感器的增強的方法。

該目的通過用于測量環(huán)境中的氫濃度的氫傳感器來解決，所述氫傳感器包括基材，在該基材上在與環(huán)境連通的傳感器區(qū)域中施加有作為薄膜的吸氫傳感器介質(zhì)，其中傳感器介質(zhì)取決于傳感器介質(zhì)中的氫濃度而改變其體積，并且所述體積的變化引起基材中由傳感器介質(zhì)引入的機械應(yīng)變的變化，其中，開發(fā)該氫傳感器在于，基材的至少傳感器的區(qū)域內(nèi)是壓阻半導(dǎo)體。