[发明专利]基于涡街与压电薄膜的氢气传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于涡街与压电薄膜的氢气传感器，其特征在于：它包括一外筒壁（2），在外筒壁（2）前端固定一涡街发生器（1），后端对称安装氢敏压电传感单元（3）和对照压电传感单元（4）；当气体流动时，涡街发生器（1）产生气体涡街（11），氢敏压电传感单元（3）和对照压电传感单元（4）在气体涡街（11）影响下受迫振动产生信号；当氢气浓度变化时，氢敏压电传感单元（3）表面复合压电薄膜固有频率变化导致氢敏压电传感单元（3）和对照压电传感单元（4）输出信号相位差发生变化，根据输出信号相位差值测得氢气浓度；同时，当气体流量发生变化时，氢敏压电传感单元（3）与对照压电传感单元（4）输出信号频率发生变化，根据输出信号频率得到气体流量。

2.根据权利要求1所述的一种基于涡街与压电薄膜的氢气传感器，其特征在于：氢敏压电传感单元（3）由氢敏压电传感单元基底（8）与复合压电薄膜构成，其中复合压电薄膜分为3层，Pd氢敏感层（7）、PVDF压电层（6）与Cu对照电极层（5），Pd氢敏感层（7）与Cu对照电极层（5）分别溅射在PVDF压电层（6）两面， Cu对照电极层（5）粘贴在氢敏压电传感单元基底（8）上；对照压电传感单元（4）由对照压电传感单元基底（9）与复合压电薄膜构成，其中复合压电薄膜分为3层，Pd氢敏感层（7）、PVDF压电层（6）与Cu对照电极层（5），Pd氢敏感层（7）与Cu对照电极层（5）分别溅射在PVDF压电层（6）两面， Pd氢敏感层（7）粘贴在对照压电传感单元基底（9）上；氢敏压电传感单元（3）与对照压电传感单元（4）输出信号均为PVDF压电层（6）两端由于压电效应产生的信号。

3.一种权利要求1所述的基于涡街与压电薄膜的氢气传感器的制备方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：

（1）室温下，将二甲基甲酰胺（DMF）与丙酮按照质量比1:1混合作为溶剂，将PVDF-TrFE粉末加入溶剂中，搅拌混合得到质量分数15-20%的溶液；

（2）启动旋转涂覆设备；从旋转涂覆设备顶盖处向旋转涂覆设备的腔内注入溶液，制备5-25um的PVDF压电层（6）薄膜；

（3）小心取下制得的PVDF压电层（6）薄膜，将其送入磁控溅射腔内压紧；首先在PVDF压电层（6）一面溅射Pd，形成100-150nm的Pd氢敏感层（7），达到指定厚度后翻转对另一面进行溅射Cu，形成100-150nm的Cu对照电极层（5）；溅射完成后，取出冷却干燥，通过对两面施加电压极化；

（4）取极化后薄膜靠近中心厚度均匀部分，分割得到两块长10-20mm宽10-20mm相同大小的矩形薄膜；

（5）将矩形薄膜的Cu对照电极层（5）粘贴在氢敏压电传感单元基底（8）上，PDMS封装边缘，得到氢敏压电传感单元（3）；将矩形薄膜的Pd氢敏感层（7）粘贴在对照压电传感单元基底（9）上，PDMS封装边缘，得到对照压电传感单元（4）；

（6）将涡街发生器（1）安装在外筒壁（2）前端，将氢敏压电传感单元（3）与对照压电传感单元（4）安装在外筒壁（2）后端对称位置，完成基于涡街与压电薄膜的氢气传感器制备。