[发明专利]连续范围氢传感器

权利要求书

1.一种连续范围氢传感器，其包括：

a)电阻性表面材料；

b)用作电极且与所述电阻性表面材料接触的低电阻率金属接触垫；

c)排列在所述电阻性表面材料上的金属纳米颗粒，在金属纳米颗粒之间存在纳米断裂结间隙；

d)与所述接触垫连接的电源，以便形成所述电阻性表面材料作为其组成部分的电路；

e)用于测量在金属纳米颗粒暴露于氢气时电路中一个或多个电学性质变化的装置。

2.如权利要求1所述的连续范围氢传感器，其特征在于，所述金属纳米颗粒溶解氢，具有对氢浓度敏感的晶格常数。

3.如权利要求2所述的连续范围氢传感器，其特征在于，所述金属纳米颗粒包含Pd和Ag。

4.如权利要求3所述的连续范围氢传感器，其特征在于，排列在所述电阻性表面材料上的所述金属纳米颗粒包含颗粒之间互不相同的Pd和Ag含量。

5.一种连续范围氢传感器，其包括：

a)电阻性表面材料；

b)用作电极且与所述电阻性表面材料接触的低电阻率金属接触垫；

c)排列在所述电阻性表面材料上的Pd-Ag纳米颗粒，在所述Pd-Ag纳米颗粒之间存在纳米断裂结间隙，当这些Pd-Ag纳米颗粒暴露于其含量适于引起Pd-Ag合金相转变的H₂气中时，所述Pd-Ag纳米颗粒膨胀，这种膨胀填充Pd-Ag纳米颗粒之间的间隙。

6.如权利要求5所述的连续范围氢传感器，其特征在于，还包括电源，其与所述低电阻率金属接触垫连接，以便形成所述电阻性表面材料是其组成部分的电路。

7.如权利要求6所述的连续范围氢传感器，其特征在于，排列在所述电阻性表面材料上的所述Pd-Ag纳米颗粒包含颗粒之间互不相同的Pd和Ag含量，使得具有某些Pd∶Ag比的Pd-Ag纳米颗粒在暴露于某些含量的H₂中时膨胀，而具有另一些Pd∶Ag比的Pd-Ag纳米颗粒在暴露于其它含量的H₂中时膨胀，由此导致电短路，使连续范围氢传感器的总电阻在一定的氢浓度范围内以连续的方式下降。

8.如权利要求7所述的连续范围氢传感器，其特征在于，其还包括用来测量Pd-Ag纳米颗粒由于暴露于氢气中而产生的变化所导致的电路总电阻变化的器件。

9.如权利要求5所述的连续范围氢传感器，其特征在于，所述Pd-Ag纳米颗粒中的Ag含量在0％至40％的范围内。

10.如权利要求5所述的连续范围氢传感器，其特征在于，所述Pd-Ag纳米颗粒的直径为1纳米至100纳米。

11.如权利要求5所述的连续范围氢传感器，其特征在于，所述连续范围氢传感器用于检测变压器中的氢。

12.如权利要求5所述的连续范围氢传感器，其特征在于，所述连续范围氢传感器用于检测采用氢燃料电池的应用中的氢。

13.一种制备连续范围氢传感器的方法，其包括以下步骤：

a)在电阻性表面上形成金属纳米颗粒的阵列，其中在无氢的情况下，在至少一些金属纳米颗粒之间存在纳米断裂结间隙；

b)形成包括电阻性表面和电源的电路。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒通过电化学方法沉积在所述电阻性表面上。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒在暴露于某些含量的氢时发生相转变，这种相转变使金属纳米颗粒的直径增大，结果使至少一些纳米断裂结间隙闭合，从而产生电短路，增大了通过电路的电流。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，通过电路的电流的变化与金属纳米颗粒暴露于不同浓度的氢相关，这种变化提供在连续浓度范围内感测氢的方法。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒逐渐地经历相转变。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒的组成不同，在不同的氢浓度下，有差别地经历相转变。

19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒包含Pd和Ag。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒包含1％至40％的Ag，其余为Pd。