[发明专利]氢气传感器及其制备方法、实现氢气检测的方法

权利要求书

1.一种光学氢气传感器，其特征在于，包括弹性衬底和位于所述弹性衬底上的氢敏材料纳米结构；所述弹性衬底的靠近所述氢敏材料纳米结构的表面具有纳米阵列结构，所述氢敏材料纳米结构与所述纳米阵列结构相互补；所述弹性衬底包括第一弹性衬底，任选地所述弹性衬底还包括层叠于所述第一弹性衬底上的第二弹性衬底，且所述纳米阵列结构设置在所述第二弹性衬底上，所述第二弹性衬底的杨氏模量大于第一弹性衬底的杨氏模量；

形成所述弹性衬底的材料选自：丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体或聚烯烃类热塑性弹性体、聚硅氧烷、聚氨酯或硅橡胶。

2.根据权利要求1所述的光学氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材料纳米结构中所采用的材料选自钯、镁、钇及镍镁合金中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的光学氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材料纳米结构选自一维纳米阵列或二维纳米阵列。

4.根据权利要求3所述的光学氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材料纳米结构选自一维纳米槽阵列，且所述氢敏材料纳米结构的周期为300nm-100000nm。

5.根据权利要求4所述的光学氢气传感器，其特征在于，所述一维纳米槽阵列中的槽的深度为50nm-1000nm。

6.根据权利要求4中任一项所述的光学氢气传感器，其特征在于，所述一维纳米槽阵列中的槽的开口宽度为150nm-400nm。

7.根据权利要求1所述的光学氢气传感器，其特征在于，所述第二弹性衬底的杨氏模量是所述第一弹性衬底的杨氏模量的10倍以上。

8.根据权利要求7所述的光学氢气传感器，其特征在于，所述第一弹性衬底的厚度为0.5mm-10mm，所述第二弹性衬底的厚度为5μm-100μm。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的光学氢气传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在刚性衬底上形成粘附膜；

在暗室条件下，在所述粘附膜上形成光刻胶层，并对所述光刻胶层进行处理，使得所述光刻胶层具有纳米光栅结构；

将液态弹性材料和固化剂进行混合，搅拌均匀后，得到混合液体，并将所述混合液体涂覆在在所述纳米光栅结构上，对所述混合液体进行烘干和固化，得到弹性衬底；

将所述弹性衬底和处理后的光刻胶层进行剥离后，所述弹性衬底上形成纳米阵列结构；

在具有所述纳米阵列结构的所述弹性衬底的表面上沉积氢敏材料，形成氢敏材料纳米结构。

10.一种基于权利要求1-8中任一项所述的光学氢气传感器实现氢气检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将入射光照射到所述氢敏材料纳米结构的表面上，测量所述氢敏材料纳米膜的光学参数，其中，所述光学参数为谐振波长、谐振半高全宽值、反射率、反射光强、透射率、透射光强、散射截面、消光截面、吸收截面或吸光度；

通入含氢气的气体，所述氢敏材料纳米结构吸收氢气后体积膨胀，所述弹性衬底发生变形；

将入射光照射到变形后的所述氢敏材料纳米结构的表面上，测量所述变形后的氢敏材料纳米结构的光学参数；

通过所述氢敏材料纳米结构变形前后的光学参数，得到相对光学参数的变化，根据所述相对光学参数的变化，确定氢气的浓度。