[发明专利]氢气传感器及其制备方法和氢气检测方法

说明书

本发明涉及一种氢气传感器及其制备方法和氢气检测方法。上述氢气传感器包括：衬底、设置在衬底上的氢敏薄膜和设置在氢敏薄膜远离衬底一侧的气体选择薄膜，气体选择薄膜覆盖氢敏薄膜，气体选择薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯膜。上述氢气传感器在氢敏薄膜表面设置一层气体选择薄膜作为保护层，对氢气具有高选择性，能够阻断空气中其他气体如O₂、CO和NO₂通过，避免氢敏薄膜的氢吸附反应会被空气中的其他气体所减缓，提高氢敏薄膜的响应速度。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种氢气传感器及其制备方法和氢气检测方法。

背景技术

氢气(H₂)在空气中的爆炸体积百分浓度从4％到75％不等，因此，氢气的安全使用对于氢气传感器极为重要。与电子氢气传感器相比，光学氢传感器可以远程读取，以避免在传感位置产生电火花，更适合检测氢气等可燃气体。

氢敏材料例如钯(Pd)，在环境条件下具有良好的吸氢性能和可逆的氢化物生成能力，被广泛应用于氢传感领域。基于钯在吸氢过程中的介电常数变化和催化性能的改变，已经制造了多种光学氢传感器。基于钯的薄膜已经被证明可以用于氢传感，例如，通过单层Pd薄膜、Pd/Au合金薄膜或Mg₂Ni/Ti/Pd多层膜等来实现氢气传感。然而，钯的氢吸附反应会被空气中的其他气体如O₂、CO和NO₂所减缓，导致传感器的响应时间出现相应延迟，甚至直接失效，这将对基于光学氢气传感器的实际应用产生不利影响。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高对氢气的响应速度的氢气传感器及其制备方法。

此外，还有必要提供一种氢气检测方法。

一种氢气传感器，包括：衬底、设置在所述衬底上的氢敏薄膜和设置在所述氢敏薄膜的远离所述衬底一侧的气体选择薄膜，所述气体选择薄膜覆盖所述氢敏薄膜，所述气体选择薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯膜。

在其中一个实施例中，所述气体选择薄膜的厚度为5nm～400nm。

在其中一个实施例中，所述气体选择薄膜的厚度为16nm～51nm。

在其中一个实施例中，所述衬底在围绕所述氢敏薄膜的区域与所述气体选择薄膜相互贴合。

在其中一个实施例中，所述氢敏薄膜选自钯纳米薄膜、镁纳米薄膜、钇纳米薄膜及镍镁合金纳米薄膜中的一种，或者至少两种形成的叠层。

在其中一个实施例中，所述氢敏薄膜为钯纳米薄膜，所述氢敏薄膜的厚度为5nm～420nm。

在其中一个实施例中，所述氢敏薄膜的厚度为14nm～85nm。

在其中一个实施例中，所述氢敏薄膜为镁纳米薄膜、钇纳米薄膜或镍镁合金纳米薄膜，所述氢敏薄膜的厚度为5nm～800nm。

在其中一个实施例中，所述氢敏薄膜为镁纳米薄膜、钇纳米薄膜及镍镁合金纳米薄膜三种其他膜中的至少一种与钯纳米薄膜层叠设置形成的复合膜；

其中，所述其他膜位于所述钯纳米薄膜与所述衬底之间，所述钯纳米薄膜的厚度为5nm～60nm，所述其他膜的总厚度为5nm～800nm。

在其中一个实施例中，所述衬底为弹性衬底。

在其中一个实施例中，0＜所述衬底的杨氏模量≤60000MPa。

在其中一个实施例中，所述衬底的材质选自丁苯橡胶、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、聚烯烃类热塑性弹性体、聚硅氧烷及硅橡胶中的至少一种。

一种氢气传感器的制备方法，包括如下步骤：

在衬底上形成氢敏薄膜；