[实用新型]Si/SiO2/石墨烯/钯多层结构高性能氢气传感器有效
| 申请号： | 201520165090.X | 申请日： | 2015-03-23 |
| 公开（公告）号： | CN204514848U | 公开（公告）日： | 2015-07-29 |
| 发明（设计）人： | 谭文虎;黄新堂;余则太;葛镜 | 申请（专利权）人： | 华中师范大学 |
| 主分类号： | G01N27/12 | 分类号： | G01N27/12;G01N27/26 |
| 代理公司： | 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 | 代理人： | 乔宇 |
| 地址： | 430079 湖北省武*** | 国省代码： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | si sio sub 石墨 多层 结构 性能 氢气 传感器 | ||
技术领域
本实用新型涉及高性能氢气传感器。主要用于生物、临床医学、化学、化工等类产品的电化学分析仪器中。
背景技术
传统氢气传感器通常采用溶胶-凝胶合成法、水热合成法、模板法等获取金属氧化物或钯等纳米材料，然后简单地与粘合剂在水溶液中混合制膜，涂抹在陶瓷管表面得到传感器。这些方法所设计的氢气传感器，其传感灵敏度较低，反应和恢复速度不太理想。
发明内容
本实用新型的发明目的是为了克服现有的氢气传感器存在的反应灵敏度低、反应速度慢的不足，提供一种Si/SiO2/石墨烯/钯多层结构高性能氢气传感器，其可有效提高传感器传感氢气的灵敏度和反应速度。
为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：Si/SiO2/石墨烯/钯多层结构高性能氢气传感器，包括基底和基底表面覆盖的传感薄膜，其特征在于：所述的传感薄膜为Si/SiO2基底层、石墨烯层和钯晶粒层按由下而上的顺序依次复合而成的Si/SiO2/石墨烯/钯多层复合结构。
按上述方案，所述的氢气传感器包括金电极，所述的金电极与石墨烯层相连。
按上述方案，所述的基底为陶瓷管。
按上述方案，所述的石墨烯层通过粘合剂粘接在Si/SiO2基底层上，所述石墨烯层的厚度为0.4-1.2nm。
按上述方案，所述的钯晶粒层由在石墨烯上磁控溅射而得，所述钯晶粒层的厚度为1.5-2 nm。
本实用新型提供的氢气传感器的工作原理为：
当传感器处于氢气环境中时，传感薄膜上层的钯膜层可通过与吸附的氢气发生反应，形成PdHx。PdHx具有电偶极子结构，会导致电荷在钯与石墨烯间之间迅速积累。由此积累的大量电荷会与石墨烯薄膜的空穴迅速中和，从而显著改变石墨烯的电阻。传感器Au电极与测试仪器相连接，通过测试传感器电阻，再经过电阻-氢气浓度的匹配转换，即可实现氢气浓度的高灵敏度测量，且反应速度快。
同时与目前采用单层Pd层为传感薄膜的氢气传感器相比，其也可巧妙避免氢脆影响，这主要是由于现有采用单层Pd层为传感薄膜的氢气传感器，纯金属钯膜氢脆现象严重，薄膜的机械强度差，造成钯膜很容易断裂而失去传感功能，寿命短。
本实用新型与现有技术相比有如下优点：
本实用新型提供的Si/SiO2/石墨烯/钯多层结构高性能氢气传感器可基于Si/SiO2/石墨烯/钯多层复合传感薄膜的氢气吸附/脱附引起物理化学反应，引起电阻的显著变化，实现氢气浓度的高灵敏度测量。其测试氢气气体的灵敏度高，反应和恢复时间短，测试超低浓度的氢气反应灵敏；
可避免氢脆影响；
结构简单，性能优越。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。图中：1 Si/SiO2基底层，2石墨烯层，3钯晶粒层，4 金电极。
图2是常温下，氢气浓度变化时，多层复合结构传感器与单层钯膜传感器灵敏度比较。
图3是常温下，氢气浓度40 ppm，多层复合结构传感器与单层钯膜传感器性能比较。
具体实施方式
如附图1如示，Si/SiO2/石墨烯/钯多层结构高性能氢气传感器，它由陶瓷管基底、基底表面覆盖的传感薄膜和金电极组成，所述的传感薄膜为Si/SiO2基底层（1）、石墨烯层（2）和钯晶粒层（3）按由下而上的顺序依次复合而成的Si/SiO2/石墨烯/钯多层复合结构，所述的金电极（4）与石墨烯层相连。
其制备如下：将石墨烯转移到Si/SiO2基底层上（10 mm×10 mm），通过粘合剂将其与基底牢固粘连。其中Si/SiO2基底层中SiO2(厚度200-300 nm)是Si的天然氧化层，然后采用磁控溅射方法在石墨烯上形成钯晶粒层，钯晶粒层尺寸10 mm×5 mm，厚度1.5-2 nm，然后在加上Au电极。
性能测试：
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