[发明专利]一种高灵敏度微型氢气传感器及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201911273794.8 申请日: 2019-12-12
公开(公告)号: CN110907504B 公开(公告)日: 2021-05-07
发明(设计)人: 李红芳;丁桂甫 申请(专利权)人: 上海交通大学
主分类号: G01N27/12 分类号: G01N27/12
代理公司: 上海智晟知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31313 代理人: 张东梅
地址: 200240 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 灵敏度 微型 氢气 传感器 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种高灵敏度微型氢气传感器,包括:悬臂梁支撑结构;微悬臂梁氢敏材料支撑层,所述微悬臂梁氢敏材料支撑层的第一端固定设置在所述悬臂梁支撑结构的上方,所述微悬臂梁氢敏材料支撑层的第二端为自由端;微悬臂梁氢敏材料层,所述微悬臂梁氢敏材料层设置在所述微悬臂梁氢敏材料支撑层的上方;微悬臂梁引出电极,所述微悬臂梁引出电极设置在所述微悬臂梁氢敏材料层一端的上方;柔性压敏电阻层,所述柔性压敏电阻层设置在所述微悬臂梁氢敏材料支撑层第二端的下方,且与所述微悬臂梁氢敏材料支撑层第二端轻接触;以及柔性压敏电阻电极,所述柔性压敏电阻电极设置在所述柔性压敏电阻层下方。

技术领域

本发明涉及微机电系统及传感器技术领域,具体地,尤其涉及一种高灵敏度微型氢气传感器及其制备方法。

背景技术

氢气作为一种燃烧效率高,产物无污染的新能源,在航空、动力、化工、电子、医疗和金属医疗等领域得到广泛的应用。由于氢气无色无味,不易被察觉,且其着火点仅为585℃,在空气中含量达到4%-75%范围内,遇到明火就会发生爆炸。因此,在储存、运输和使用过程中,必须使用氢气传感器对其泄露情况进行实时监测。对于氢气传感器,人们更希望其具有选择性好、灵敏度高、响应速度快、能耗低、稳定性好且制作工艺简单、廉价等特点。

传统的氢气传感器主要是以金属氧化物SnO2、ZnO、WO3等为气敏材料的电阻型半导体氢气传感器。由于金属氧化物对还原性气体普遍存在响应,导致这类氢气传感器对氢气的选择性差,同时单一的金属氧化物灵敏度也不高。

非电阻型半导体氢气传感器(如肖特基二极管型和MOS场效应晶体管型)虽然耗能低,选择性好,但其工作温度较高,输出信号弱,灵敏度较低。

光纤氢气传感器大多采用金属Pd及其合金作为氢敏材料,对氢气的选择性很好,且结构简单,制作方便,同时解决了多种固态氢气传感器的存在安全、工作温度等问题。但是光信号比电信号的输出强度更加微弱,易受外界环境的影响造成信号不稳定,需要放大电路,增加器件/模组的体积和重量,而且增加成本。

针对现有的氢气传感器存在的对氢气选择性差、工作温度高、输出信号弱、灵敏度低、需要放大电路、体积较大、成本较高等问题,本发明提出一种高灵敏度微型氢气传感器及其制备方法,至少部分的克服了上述问题。

发明内容

针对现有的氢气传感器存在的对氢气选择性差、工作温度高、输出信号弱、灵敏度低、需要放大电路、体积较大、成本较高等问题,根据本发明的一个实施例,提供一种高灵敏度微型氢气传感器,包括:

悬臂梁支撑结构;

微悬臂梁氢敏材料支撑层,所述微悬臂梁氢敏材料支撑层的第一端固定设置在所述悬臂梁支撑结构的上方,所述微悬臂梁氢敏材料支撑层的第二端为自由端;

微悬臂梁氢敏材料层,所述微悬臂梁氢敏材料层设置在所述微悬臂梁氢敏材料支撑层的上方;

微悬臂梁引出电极,所述微悬臂梁引出电极设置在所述微悬臂梁氢敏材料层一端的上方;

柔性压敏电阻层,所述柔性压敏电阻层设置在所述微悬臂梁氢敏材料支撑层第二端的下方,且与所述微悬臂梁氢敏材料支撑层第二端轻接触;以及

柔性压敏电阻电极,所述柔性压敏电阻电极设置在所述柔性压敏电阻层下方。

在本发明的一个实施例中,该高灵敏度微型氢气传感器还包括检测电路,所述检测电路的一端与所述柔性压敏电阻电极电连接,另一端与所述微悬臂梁引出电极电连接,用于检测待测电路的阻值变化。

在本发明的一个实施例中,所述微悬臂梁引出电极、所述微悬臂梁氢敏材料层、所述微悬臂梁氢敏材料支撑层、所述柔性压敏电阻层以及所述柔性压敏电阻电极依次电连接。

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