[发明专利]一种热电氢气传感元件及其制备和基于热电效应的氢气泄漏警报装置

说明书

本发明公开一种热电氢气传感元件及其制备和基于热电效应的氢气泄漏警报装置，该热电氢气传感元件包括依次设置的基底层、Bi₂S₃热电薄膜层和Pt催化层；Bi₂S₃热电薄膜层的上方部分设置有Pt催化层，未设置有Pt催化层的Bi₂S₃热电薄膜层上设置有阳极电极，Pt催化层上设置有阴极电极。该热电氢气传感元件所制备的氢气泄漏警报装置在接触到泄漏氢气时，热电氢气传感元件会发送一个电压信号至信号模拟量，电压信号经信号模拟量处理放大后的输出信号达到警戒值时，声光蜂鸣器红灯闪烁并发出警报。该氢气泄漏警报装置对氢气具有响应和恢复时间快、灵敏度高、选择性好、功耗低等优点，可广泛应用于氢气运输和储存安全监测及氢气探测。

技术领域

本发明涉及一种氢气警报设备技术领域，具体涉及一种氢气泄漏警报装置，尤其涉及一种热电氢气传感元件及其制备和基于热电效应的氢气泄漏警报装置。

背景技术

氢能源技术很可能成为经济增长的主要来源，作为一种减少全球化石燃料使用的手段。然而，在其运输，储存和使用过程中，因为它是一种易燃易爆性的气体。因此，开发具有快速、准确的氢气传感器已成为安全使用氢气的必要条件。

热电材料具有独特的自供电特点，可以满足众多低功耗微小型传感器供能需求，到目前为止，大多数柔性薄膜和器件都是基于经典的碲基材料制作的，因为它们具有优异的热电转化率。然而，碲基材料仍然是大规模商业化的重大挑战，因为其在地球自然丰度较低、含有毒和昂贵的化学元素。因此，开发低成本、资源丰富、性能可接受的热电薄膜来替代碲基材料是迫切需要的。同时，碲基热电材料制造工艺复杂，通常需要借助到真空磁控溅射、等离子烧结、高温热压等系列工艺，不适合工业化生产。

发明人前期的研究成果专利文献CN112505109A中记载了一种基于热电效应的氢气传感器设备，依次包括衬底层、导电贵金属层、热电薄膜层、氢敏催化剂层、第一电极和第二电极；且采用的热电薄膜层有碲化物制成。但该氢气传感器设备对氢气的恢复时长较长，并且由于导电金属衫底的存在，导致一定电子损失，从而一定程度降低了输出电压，其灵敏度仍有待提高，所以存在灵敏度不足的问题仍需进一步改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述所述现有技术缺陷，而提出的一种基于热电效应的氢气泄漏警报装置，为一种响应和恢复时间快，造价成本低，易于集成的氢气泄漏警报装置。

本发明之目的还在于提供一种评估使用所述基于热电效应的氢气泄漏警报装置性能的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种热电氢气传感元件，包括依次设置的基底层(5)、Bi₂S₃热电薄膜层(6)和Pt催化层(7)；所述Bi₂S₃热电薄膜层(6)的上方部分设置有Pt催化层(7)，未设置有Pt催化层(7)的Bi₂S₃热电薄膜层(6)上设置有阳极电极(8a)，Pt催化层(7)上设置有阴极电极(8b)。

所述Bi₂S₃热电薄膜层(6)的表面部分覆盖Pt催化层(7)，其余部分未覆盖Pt催化层(7)；未覆盖Pt催化层(7)的Bi₂S₃热电薄膜层(6)表面设置阳极电极(8a)。

作为一种优选方案，所述基底层(5)为钠钙玻璃层；所述阳极电极(8a)和阴极电极(8b)均为银材料制备的电极。

作为一种优选方案，所述Bi₂S₃热电薄膜层(6)通过旋涂退火的方法将Bi₂S₃前驱体均匀旋涂在基底层(5)表面得到，所述Pt催化层(7)通过将Pt等离子溅射在BI2S3热电薄膜层(6)表面得到。