[发明专利]氢传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测氢气的氢传感器。

背景技术

为了防止向大气中排放二氧化碳，氢作为能源正在受到人们的关注。 但是，因为氢气泄漏至空气中就有可能产生爆炸，所以能够迅速地检测出 泄漏氢气的氢传感器的开发正在进行。作为这样的氢传感器，虽然开发了 使用氧化锡的半导体传感器，但是因为该半导体传感器的工作温度为摄氏 400度的高温，所以在使用上述半导体传感器时不得不考虑防爆问题。因此， 使用上述半导体传感器的泄漏氢气检测装置具有结构变复杂的问题。

为此，公开了具有如下结构的氢传感器，在玻璃等基板的表面上形成 的镁镍合金等的薄膜层在存在氢气的状况下通过钯等催化剂层的作用迅速 地被氢化，由此，上述薄膜层的物性产生变化。这种氢传感器例如被日本 特开2005-83832号公报(下面简称为专利文献1)公开。专利文献1的氢 传感器通过检测伴随着薄膜层氢化的光学反射率(下面有时表示为“反射 率”)的变化，就能够检测出空气中的泄漏氢气。并且，在专利文献1的氢 传感器中，因为薄膜层在常温下可逆地进行氢化，所以该氢传感器具有能 够安全且迅速地检测出泄漏氢气的特征。

但是，在上述专利文献1的氢传感器中，由于随着反复进行氢化、脱 氢化(下面有时总称为“氢化的反复”)，形成薄膜层的镁向催化剂层扩散 或析出等(下面有时总称为“扩散”)，直接接触空气的催化剂层变得容易 氧化。随着这种催化剂层的氧化，由于薄膜层也被氧化且反射率的变化变 小，可能产生薄膜层的泄漏氢气的检测灵敏度降低(即、氢传感器性能退 化)的问题。

图8A以及8B是说明在玻璃基板上形成有镁镍合金的薄膜层和钯催化 剂层的氢传感器的性能退化的一个例子的图，是通过XPS(X线光电子光 谱)测定得到的图。在这些图中，横轴的蚀刻时间(Etching time(秒))相 当于距钯催化剂层表面的深度，蚀刻时间250秒相当于约50nm的深度(原 点0是钯催化剂层的表面)。纵轴表示原子百分率(下面有时表示为“％”)。

图8A是进行反复氢化前的氢传感器的测定结果。在图8A中，在催化 剂层的表面，钯(Pd)约为98％，镁(Mg)以及镍(Ni)约为0％。另外， 硅(Si)包含在基板的玻璃中，省略关于上述以外的物质的记载。并且，镍 (Ni)在蚀刻时间0至40秒的范围内大致为0％。

图8B是进行反复氢化后的氢传感器的测定结果。在图8B中，在催化 剂层的表面，钯(Pd)减少至不到60％，镁(Mg)增加至不到40％。在这 里，镍(Ni)在蚀刻时间0至60秒的范围内大致为0％，因此，在该范围 内，镁(Mg)不能通过例如原子间结合等与镍(Ni)结合。

即、根据图8B的测定结果可以判断出：由于氢传感器的反复氢化，催 化剂层、薄膜层产生物性变化；镁(Mg)在催化剂层中扩散，催化剂层变 得容易氧化；并且由于催化剂层的钯(Pd)的减少催化剂作用变小。在图 8B中，省略了硅(Si)的表示。

为了解决上述问题，本发明的氢传感器包括，基板；在所述基板上形 成的薄膜层；在所述薄膜层上层积的缓冲层；在所述缓冲层上层积且一旦 与空气中含有的氢气接触就将所述薄膜层氢化并使所述薄膜层的光学反射 率变化的催化剂层，其特征在于，所述缓冲层通过与从所述薄膜层向所述 催化剂层扩散的所述薄膜层的成分结合，具有抑制所述催化剂层氧化的成 分。

即、该氢传感器的特征在于，在催化剂层和薄膜层之间，形成有缓冲 层，该缓冲层具有与从所述薄膜层向所述催化剂层扩散的所述薄膜层的成 分结合的成分。因此，在该氢传感器中，从薄膜层向缓冲层内扩散的成分 与形成缓冲层的成分一起向催化剂层扩散，并在催化剂层内部以及催化剂 层的表面等，通过例如原子间结合等互相结合。这样结合的元素比作为单 体时难以氧化，因此，抑制了由于反复氢化造成的催化剂层的氧化。其结 果是，也抑制了薄膜层的氧化。另外，缓冲层可以由单一的成分(例如、 单一的金属等)形成，也可以由多种成分(例如、合金)形成。

具体地说，所述薄膜层由例如镁系合金或镁形成，所述催化剂层、例 如、可以形成为具有钯或白金。如果由这种成分形成薄膜层，就能够得到 由于薄膜层的可逆氢化引起的光学反射率的变化。另外，催化剂层可以由 钯或白金的单一金属、钯系合金或白金系合金中的任一种形成。