[发明专利]一种用于空气环境中的高灵敏氢气传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于空气环境中的高灵敏氢气传感器及其制备方法，包括干燥单元、传感单元及外电路；传感单元包括密封腔体以及设置在密封腔体内的传感组件，传感组件包括设置在密封腔体底部的绝缘衬底、设置在绝缘衬底上表面的钯团簇薄膜以及设置在钯团簇薄膜两端的两个导电微电极，密封腔体上设有两个接线端子，接线端子位于密封腔体内的一端与导电微电极通过导线连接，位于密封腔体外的一端与外电路通过导线连接；密封腔体与干燥单元连通，干燥单元上设有进气口。本发明采用由钯团簇组成的渗流导电薄膜，能够实时感应监测空气中氢气浓度的变化，具有灵敏度高、响应时间短的优势，并且在运行过程中无需加热，无需将氢气预先分离。

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其是涉及一种用于空气环境中的高灵敏氢气传感器及其制备方法。

背景技术

氢气具有高热值，无污染，生产方便等优点，作为一种新型能源备受人们的关注，此外，氢气在工农业生产、医疗、科学研究等领域也有着广泛的应用。但是，由于氢气无色无味，且易燃易爆，仅凭借人体知觉系统根本无法感知环境中氢气的存在。因此，安全用氢，成为了大规模推广使用氢能源的最终掣肘。开发可靠的氢气传感与报警装置，为用氢、涉氢行业提供有效的安全保障，是解决这一掣肘最为有效的途径。

自然界中并不缺乏能够响应氢气的材料，例如，金属钯以及部分金属的氧化物。人们以这些氢敏材料为基础，设计了不同的感知结构，并通过电学，电化学，催化燃烧，光学等测量手段，开发了各式各类的氢气传感报警装置。其中，最常用的是以钯薄膜作为感应器件的氢气传感器。例如，在中国专利文献上公开的“一种基于碳纳米管和钯复合薄膜的氢气传感器”，其公告号CN105510400B，从内向外依次包括P型硅基底、碳纳米管、金属钯薄膜和两个金属电极，其中所述碳纳米管的排布方式为分纵向和横向均匀排布，所述两金属电极均为条形且相互对称的设置在金属钯薄膜上表面。但此类传感器响应时间长，分辨率也较低；而将氢气通入电化学溶液，通过参比电极测量氢气的电化学反应信号的电化学类传感器尽管能够有效缩短响应时间，却只能维持一个非常狭窄的测量范围；另外，当部分金属氧化物作为氢敏材料时，氢气与材料表面的氧元素反应，可以改变材料的阻抗性质，不过，这类反应的发生需要外界加热；与之类似的，采用催化燃烧法测量的氢气传感器也都需要工作于200～300℃的高温环境中，在使用过程中存在一定的风险，且二者都存在选择性差的缺点；另外还有不少其他种类的氢气传感器仅对纯氢具备响应能力，处于空气环境中时，不能排除空气中其他气体的干扰，需要预先从空气中分离出氢气以供传感器后续量化测量。

总体而言，现有的氢气传感技术往往存在着响应时间漫长、测量范围狭窄、选择性差、抗干扰差等缺陷，很难满足于各类用氢、涉氢、监氢场合的传感报警需求。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的氢气传感技术往往存在着响应时间漫长、测量范围狭窄、选择性差、抗干扰差等缺陷，很难满足于各类用氢、涉氢、监氢场合的传感报警需求的问题，提供一种用于空气环境中的高灵敏氢气传感器及其制备方法，采用由钯团簇组成的渗流导电薄膜，能够实时感应监测空气中氢气浓度的变化，具有灵敏度高、响应时间短的优势，并且在运行过程中无需加热，无需将氢气预先分离，可以直接应用于空气环境之中，适用于各类用氢、涉氢、监氢场合。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于空气环境中的高灵敏氢气传感器，包括干燥单元、传感单元及外电路；所述传感单元包括密封腔体以及设置在密封腔体内的传感组件，所述传感组件包括设置在密封腔体底部的绝缘衬底、设置在绝缘衬底上表面的钯团簇薄膜以及设置在钯团簇薄膜两端的两个导电微电极，所述密封腔体上设有两个接线端子，所述接线端子一端位于密封腔体内一端位于密封腔体外，位于密封腔体内的一端与导电微电极通过导线连接，位于密封腔体外的一端与外电路通过导线连接；所述密封腔体与干燥单元连通，所述干燥单元上设有进气口。