[發明專利]氫氣傳感器及其制備方法和氫氣檢測方法

有效

• 申請號: 202110245318.6
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113155906B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 金崇君;姚乾坤;佘曉毅;沈楊
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 王秉麗

本發明涉及一種氫氣傳感器及其制備方法和氫氣檢測方法。上述氫氣傳感器包括：襯底、設置在襯底上的氫敏薄膜和設置在氫敏薄膜遠離襯底一側的氣體選擇薄膜，氣體選擇薄膜覆蓋氫敏薄膜，氣體選擇薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯膜。上述氫氣傳感器在氫敏薄膜表面設置一層氣體選擇薄膜作為保護層，對氫氣具有高選擇性，能夠阻斷空氣中其他氣體如O₂、CO和NO₂通過，避免氫敏薄膜的氫吸附反應會被空氣中的其他氣體所減緩，提高氫敏薄膜的響應速度。

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和氫氣檢測方法。

背景技術

氫氣(H₂)在空氣中的爆炸體積百分濃度從4％到75％不等，因此，氫氣的安全使用對于氫氣傳感器極為重要。與電子氫氣傳感器相比，光學氫傳感器可以遠程讀取，以避免在傳感位置產生電火花，更適合檢測氫氣等可燃氣體。

氫敏材料例如鈀(Pd)，在環境條件下具有良好的吸氫性能和可逆的氫化物生成能力，被廣泛應用于氫傳感領域。基于鈀在吸氫過程中的介電常數變化和催化性能的改變，已經制造了多種光學氫傳感器。基于鈀的薄膜已經被證明可以用于氫傳感，例如，通過單層Pd薄膜、Pd/Au合金薄膜或Mg₂Ni/Ti/Pd多層膜等來實現氫氣傳感。然而，鈀的氫吸附反應會被空氣中的其他氣體如O₂、CO和NO₂所減緩，導致傳感器的響應時間出現相應延遲，甚至直接失效，這將對基于光學氫氣傳感器的實際應用產生不利影響。

發明內容

基于此，有必要提供一種能夠提高對氫氣的響應速度的氫氣傳感器及其制備方法。

此外，還有必要提供一種氫氣檢測方法。

一種氫氣傳感器，包括：襯底、設置在所述襯底上的氫敏薄膜和設置在所述氫敏薄膜的遠離所述襯底一側的氣體選擇薄膜，所述氣體選擇薄膜覆蓋所述氫敏薄膜，所述氣體選擇薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯膜。

在其中一個實施例中，所述氣體選擇薄膜的厚度為5nm～400nm。

在其中一個實施例中，所述氣體選擇薄膜的厚度為16nm～51nm。

在其中一個實施例中，所述襯底在圍繞所述氫敏薄膜的區域與所述氣體選擇薄膜相互貼合。

在其中一個實施例中，所述氫敏薄膜選自鈀納米薄膜、鎂納米薄膜、釔納米薄膜及鎳鎂合金納米薄膜中的一種，或者至少兩種形成的疊層。

在其中一個實施例中，所述氫敏薄膜為鈀納米薄膜，所述氫敏薄膜的厚度為5nm～420nm。

在其中一個實施例中，所述氫敏薄膜的厚度為14nm～85nm。

在其中一個實施例中，所述氫敏薄膜為鎂納米薄膜、釔納米薄膜或鎳鎂合金納米薄膜，所述氫敏薄膜的厚度為5nm～800nm。

在其中一個實施例中，所述氫敏薄膜為鎂納米薄膜、釔納米薄膜及鎳鎂合金納米薄膜三種其他膜中的至少一種與鈀納米薄膜層疊設置形成的復合膜；

其中，所述其他膜位于所述鈀納米薄膜與所述襯底之間，所述鈀納米薄膜的厚度為5nm～60nm，所述其他膜的總厚度為5nm～800nm。

在其中一個實施例中，所述襯底為彈性襯底。

在其中一個實施例中，0＜所述襯底的楊氏模量≤60000MPa。

在其中一個實施例中，所述襯底的材質選自丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、聚氨酯類熱塑性彈性體、聚酰胺類熱塑性彈性體、聚烯烴類熱塑性彈性體、聚硅氧烷及硅橡膠中的至少一種。

一種氫氣傳感器的制備方法，包括如下步驟：

在襯底上形成氫敏薄膜；