CN107941755A - 氢气传感器及其制备方法、实现氢气检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氢气传感器及其制备方法、采用该氢气传感器实现氢气检测的方法。该氢气传感器包括弹性衬底和位于所述弹性衬底上的氢敏材料纳米膜。该氢气传感器的制备方法，包括以下步骤：将液态弹性材料和固化剂进行混合，搅拌均匀后，得到混合液体，其中，所述液态弹性材料和所述固化剂的质量比为5:1‑20:1；去除所述混合液体中的气泡；将去除气泡后的所述混合液体进行烘干和固化，得到弹性衬底；在所述弹性衬底上蒸镀氢敏纳米材料，形成氢敏材料纳米膜。上述氢气传感器和采用该氢气传感器实现氢气检测的方法，具有高灵敏度，制作简单。
Description
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，以及采用该氢气传感器实现氢气检测的方法。
背景技术
作为一种清洁的可再生能量载体，氢气被视为替代传统化石燃料的理想能源。但是，在氢气的使用过程中，安全问题是不能忽视的。当氢气的体积密度在4％-75％范围内时，容易爆炸。因此，氢气传感器对于氢气的应用是十分必要的。
氢气传感器主要包括利用电传感的传感器和光学氢气传感器。其中，光学传感器主要包括表面等离子体传感器和膜结构传感器。膜结构传感器通常由多层金属或金属化合物纳米膜组成，利用纳米膜吸收氢气后产生的介电常数变化进行氢气测量。氢气浓度变化可以通过反射率(透射率)强度变化或者直接观察样品表面的颜色变化进行确定。
一般地，膜结构传感器主要是在刚性衬底(如石英片，硅片)上镀上金属膜。刚性衬底上的单层膜结构灵敏度较低。
发明内容
基于此，有必要针对如何提高氢气传感器的灵敏度的问题，提供一种氢气传感器及其制备方法，以及采用该氢气传感器实现氢气检测的方法。
一种氢气传感器，包括弹性衬底和位于所述弹性衬底上的氢敏材料纳米膜。
在其中一个实施例中，所述氢敏材料纳米膜为钯膜、镁膜、钇膜及镍镁合金膜中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述氢敏材料纳米膜为钯膜，所述氢敏材料纳米膜的厚度为5nm-420nm。
在其中一个实施例中，所述氢敏材料纳米膜选自镁膜、钇膜或镍镁合金膜，
所述氢敏材料纳米膜的厚度为5nm-800nm。
在其中一个实施例中，所述氢敏材料纳米膜为镁膜、钇膜及镍镁合金膜中的一种或多种其他膜与钯膜构成的复合膜，所述钯膜位于最上层，其中，所述钯膜的厚度为5nm-60nm，所述其他膜的厚度为5nm-800nm。
在其中一个实施例中，所述弹性衬底的杨氏模量大于0小于等于60000MPa。
在其中一个实施例中，所述弹性衬底的靠近所述氢敏材料纳米膜的表面上具有第一图案化结构，所述氢敏材料纳米膜为具有与所述第一图案化结构相适配的第二图案化结构。
一种上述氢气传感器的制备方法，包括以下步骤：
在弹性衬底上蒸镀氢敏纳米材料，形成氢敏材料纳米膜。
在其中一个实施例中，所述弹性衬底的制备过程包括以下步骤：
将液态弹性材料和固化剂进行混合，搅拌均匀后，得到混合液体，其中，所述液态弹性材料和所述固化剂的质量比为5:1-20:1；
去除所述混合液体中的气泡；
将去除气泡后的所述混合液体进行烘干和固化，得到弹性衬底。
一种基于上述氢气传感器实现氢气检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将入射光照射到所述氢敏材料纳米膜的表面上，测量所述氢敏材料纳米膜的光学参数，其中，所述光学参数为反射光强度、反射率、透射光强度、透射率、散射光强度、散射截面、消光强度、消光截面、吸光度或吸收截面。通入含氢气的气体，所述氢敏材料纳米膜吸收氢气后体积膨胀，所述弹性衬底发生变形；
将入射光照射到变形后的所述氢敏材料纳米膜的表面上，测量所述变形后的氢敏材料纳米膜的光学参数；
通过所述氢敏材料纳米膜变形前后的光学参数，得到相对光学参数的变化，根据所述相对光学参数的变化，确定通入的氢气的浓度。
上述氢气传感器及其采用该氢气传感器实现氢气检测的方法，氢敏材料纳米膜和氢气接触时，氢敏材料纳米膜吸收氢气，氢敏材料体积膨胀，膨胀过程中对弹性衬底的表面施加压力，使得弹性衬底的表面变形起皱，进而使得氢敏材料纳米膜随着弹性衬底变形起皱，随着吸收的氢气量逐渐增多，氢敏材料纳米膜的表面逐渐从反射表面膜变成散射表面，实现对氢气的探测，弹性衬底具有弹性，从而氢敏材料纳米膜吸收氢气后，弹性衬底能及时变形反应，有利于提高氢气传感器的灵敏度。
上述氢气传感器的制备方法，不仅制作简单、成本低，还可广泛应用。
附图说明
图1为一实施例的氢气传感器的结构示意图；
图2为图1中所示的氢气传感器通氢气后的结构示意图；
图3为入射光照射到图1中所示的氢气传感器的结构示意图；
图4为入射光照射到图2中所示的氢气传感器的结构示意图；
图5为图1中所示的氢气传感器的显微镜照片；
图6为图2中所示的氢气传感器的显微镜照片；
图7为氢气传感器具有不同厚度的钯膜下的相对反射率变化图；
图8为氢气传感器在不同氢气浓度下的反射率的关系图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，一实施例的氢气传感器包括弹性衬底110和氢敏材料纳米膜120。氢敏材料纳米膜120位于弹性衬底110上。
从而处于氢气环境中时，氢敏材料纳米膜120吸收氢气，氢敏材料纳米膜120体积膨胀，膨胀过程中其对弹性衬底110的表面施加压力，使得弹性衬底110的表面变形起皱，如图2所示。进而使得氢敏材料纳米膜120随着弹性衬底110变形起皱，随着吸收的氢气量逐渐增多，氢敏材料纳米膜120的表面逐渐从反射表面变成散射表面，实现对氢气的探测。弹性衬底110具有弹性，从而氢敏材料纳米膜120吸收氢气后，弹性衬底110能及时反应，提高氢气传感器的灵敏度。当对氢敏材料纳米膜120去氢后，由于弹性衬底110的弹性恢复力，弹性衬底110恢复到初始的平滑状态，带动氢敏材料纳米膜120恢复到平滑状态，进而氢气传感器恢复到平滑状态，从而使得该氢气传感器可以多次使用。
氢敏材料纳米膜120与氢气反应过程中，照射在其表面的探测光从反射变成散射来获取接收光强度的变化。相比传统的氢气传感器，该氢气传感器利用光散射原理对氢气进行测量。
具体地，通氢气之前，探测光照射在氢敏材料纳米膜120的表面时，发生反射，如图3所示，图3中的箭头表示入射和反射。从而大部分的反射光被探测器收集到。
通入4％氢气(氢气和氮气混合气体，其中，氢气和氮气的体积比为4:96)后，在氢敏材料纳米膜120的体积膨胀的作用下，氢气传感器表面变粗糙，探测光照射到氢敏材料纳米膜120的表面时，由反射变为散射，如图4所示，图4中的箭头表示入射和散射。其中，散射光随传播距离的增加单位面积光强度降低，因此，被探测器收集到的光就大大减弱。
在一实施例中，氢敏材料纳米膜120钯膜、镁膜、钇膜及镍镁合金膜中的一种或多种。需要说明的是，氢敏材料纳米膜120所采用的纳米材料还可以为其他吸氢后体积会膨胀的金属或金属复合物。
在其中一个实施例中，氢敏材料纳米膜120为钯膜，其厚度为5nm-420nm。钯膜在常温常压环境下就能很好地与氢气发生作用。氢敏材料纳米膜120的厚度也会影响在去氢后弹性衬底110恢复的状态。进一步地，其中一个实施例中，氢敏材料纳米膜120的厚度为14nm-85nm。
在另一实施例中，氢敏材料纳米膜120可以为镁膜、钇膜或镍镁合金膜。当氢敏材料纳米膜120为镁膜、钇膜或镍镁合金膜等单层膜时，氢敏材料纳米膜120的的厚度可以为5nm-800nm。
由于镁膜、钇膜、镍镁合金膜等在常温常压下的吸氢效率不高。从而该氢敏材料纳米膜120可以为镁膜、钇膜及镍镁合金膜中的一种或多种其他膜与钯膜构成的复合膜，钯膜位于最上层。其中，钯膜的厚度为5nm-60nm，其他膜的厚度为5nm-800nm。通过将钯膜位于最上层，该钯膜作为催化剂，从而提高复合膜的传感性能。
其中，复合膜可以为镁膜与钯膜依次层叠的复合膜、钇膜与钯膜依次层叠的复合膜或者镍镁合金膜与钯膜依次层叠的复合膜。当复合膜为镁膜与钯膜依次层叠的复合膜时，镁膜与钯膜依次层叠的复合膜中的镁膜的厚度5nm-800nm，镁膜与钯膜依次层叠的复合膜中的钯膜的厚度为5nm-60nm。当复合膜为钇膜与钯膜依次层叠的复合膜时，钇膜与钯膜依次层叠的复合膜中的钇膜的厚度5nm-800nm，钇膜与钯膜依次层叠的复合膜中的钯膜的厚度为5nm-60nm。当复合膜为镍镁合金膜与钯膜依次层叠的复合膜时，镍镁合金膜与钯膜依次层叠的复合膜中的镍镁合金膜的厚度为5nm-800nm，镍镁合金膜与钯膜依次层叠的复合膜中的钯膜的厚度为5nm-15nm。需要说明的是，复合膜也可以为镁膜、钇膜以及钯膜依次层叠形成的复合膜。
在其中一个实施例中，弹性衬底110的杨氏模量大于0小于等于60000MPa。弹性衬底110可以为所有低弹性模量的弹性体。弹性衬底110可以为为热固性弹性体和热塑性弹性体。热塑性弹性体可以为丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶等橡胶。热塑性弹性体也可以为聚氨酯类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体或聚烯烃类热塑性弹性体等。热固性弹性体可以为聚硅氧烷、聚氨酯或硅橡胶等。需要说明的是，弹性衬底110只要其具有弹性即可。其中，聚硅氧烷可以为聚二甲基硅氧烷。
在其中一个实施例中，弹性衬底110的靠近氢敏材料纳米膜120的表面上具有第一图案化结构，此时，该氢敏材料纳米膜120为具有与该第一图案化结构相适配的第二图案化结构。进一步地，该第二图案化结构的特征线度可以大于入射光的波长量级，从而使得该第二图案化结构表现出膜的特性。其中，第二图案化结构的特征线度指的是其长度和宽度等。入射光的波长量级指的是该入射光的波长。此外，该第二图案化结构所采用的材料可以为钯、镁、钇或镍镁合金等。需要说明的是，该第一图案化结构可以为网栅结构。第一图案化结构也可以为其他图案，这可以根据实际需要进行选择。
上述氢气传感器，通过测量其反射强度变化，探测低浓度下的氢气浓度。在整个可见光区域，4％氢气浓度作用下其相对反射率强度变化可以超过800％。这么强的相对反射率强度变化可以直接用肉眼观察到。该传感器成本低，制作简单，可大批量生产，且灵敏度高，可以广泛应用，适用于不同环境下的氢气探测。
一实施例的上述氢气传感器的制备方法包括以下步骤：在弹性衬底上蒸镀氢敏纳米材料，形成氢敏材料纳米膜。
具体地，将弹性衬底放入磁控溅射仪中，镀上氢敏纳米材料，形成氢敏纳米材料膜。其中，溅射参数可以为15mA/240s。
氢敏纳米材料可以为钯、钇、镁或镍镁合金等。从而形成的氢敏材料纳米膜可以为钯膜。该钯膜的厚度可以为5nm-420nm。形成的氢敏材料纳米膜120也可以为镁膜、钇膜或镍镁合金膜。
当氢敏材料纳米膜为镁膜、钇膜或镍镁合金膜等单层膜时，镁膜、钇膜或镍镁合金膜的厚度可以为5nm-800nm。由于镁膜、钇膜等在常温常压下的吸氢效率不高。从而该氢敏材料纳米膜120可以为镁膜、钇膜及镍镁合金膜中的一种或多种其他膜与钯膜构成的复合膜，钯膜位于最上层。通过在镁膜、钇膜等膜上再形成一层钯膜，该钯膜作为催化剂，从而提高复合膜的传感性能。从而先在弹性衬底上蒸镀镁、钇或镍镁合金等纳米材料，形成镁膜、钇膜或镍镁合金膜等，再在镁膜、钇膜或镍镁合金膜等上蒸镀钯纳米材料，形成钯膜。
此外，弹性衬底110可以为所有低弹性模量的弹性体。弹性衬底110可以为为热固性弹性体和热塑性弹性体。热塑性弹性体可以为丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶等橡胶。热塑性弹性体也可以为聚氨酯类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体或聚烯烃类热塑性弹性体等。热固性弹性体可以为聚硅氧烷、聚氨酯或硅橡胶等。需要说明的是，弹性衬底110只要其具有弹性即可。其中，在本实施例中，聚硅氧烷可以为聚二甲基硅氧烷。
在其中一个实施例中，弹性衬底的制备方法包括以下步骤：
S1：将液态弹性材料和固化剂进行混合，搅拌均匀后，得到混合液体。具体地，该液态弹性材料可以为聚硅氧烷或聚氨酯等弹性体。常温下，将液态弹性材料和固化剂按照质量比为5:1-20:1倒入培养皿中进行混合，搅拌均匀后，得到混合溶液。其中，固化剂可以为硅树脂固化剂。在本实施例中，弹性材料为聚二甲基硅氧烷(型号：SYLGARD 184；厂家：美国道康宁)，固化剂为硅树脂固化剂(型号：SYLGARD 184；厂家：美国道康宁)。
S2：去除混合液体中的气泡。
取一块干净的硅片放入另一个培养皿中，将步骤S1中的的混合液体倒入放置有硅片的培养皿中。将该培养皿放入真空泵中抽真空，去除混合液体中的气泡。
S3：将去除气泡后的混合液体进行烘干和固化，得到弹性衬底。其中，烘干条件包括：温度为60℃-80℃，时间为1.5小时-2.5小时。
具体地，将步骤S2中的去除气泡后的混合液体放入烤箱中，在60℃-80℃下烘烤1.5小时-2.5小时，固化后取出该培养皿，用干净的小刀裁取尺寸为2cm*2cm的弹性膜作为弹性衬底。需要说明的是，弹性膜的尺寸大小可以根据实际需要进行选择。
在另一实施例中，弹性衬底的制备方法包括以下步骤：1)制作模板：采用电子束、聚焦离子束或双束曝光技术在刚性衬底上制作出与第一图案化结构互补的结构。其中，刚性衬底可以为玻璃或硅片等。2)复制样品：将液态弹性材料和固化剂按照比例混合后涂覆在步骤1)中的刚性衬底上，抽真空后，进行加热固化，形成弹性衬底，并将该弹性衬底与刚性衬底剥离，此时，弹性衬底的表面上形成第一图案化结构。3)在步骤2)中得到的弹性衬底上蒸镀氢敏金属，形成第二图案化结构，该第二图案化结构与第一图案化结构互补。其中，氢敏金属可以为可以为钯、镁、钇或镍镁合金等。
一实施例的基于氢气传感器实现氢气检测的方法包括以下步骤：
S10：将入射光照射到氢敏材料纳米膜的表面上，测量氢敏材料纳米膜的光学参数。其中，光学参数可以为反射光强度、反射率、透射光强度、透射率、散射光强度、散射截面、消光强度、消光截面、吸光度或吸收截面。在本实施例中，光学参数为反射率。可以采用紫外分光光度计测量氢敏材料纳米膜的反射率。
S20：通入含氢气的气体，氢敏材料纳米膜吸收氢气后体积膨胀，弹性衬底发生变形。
具体地，通入的氢气为氢气和氮气的混合气体，如：通入4％氢气，指的是通入氢气和氮气的混合气体(氢气和氮气的体积比为4:96)。氢敏材料纳米膜吸氢后体积膨胀，膨胀过程中其对弹性衬底的表面施加压力，使得弹性衬底的表面变形起皱，氢敏材料纳米膜随着弹性衬底变形。
S30：将入射光照射到变形后的氢敏材料纳米膜的表面上，测量变形后的氢敏材料纳米膜的光学参数。在本实施例中，光学参数为反射率，从而可以采用紫外分光光度计测量变形后的氢敏材料纳米膜的反射率。
S40：通过氢敏材料纳米膜变形前后的光学参数，得到相对光学参数的变化，根据相对光学参数的变化，确定通入的氢气的浓度。
具体地，在本实施例中，通过氢敏材料纳米膜变形前后的反射率计算得到相对反射率强度变化，再将该相对反射率强度变化跟氢气浓度与相对反射率强度变化的关系信息进行对比，确定通入的氢气的浓度。需要说明的是，氢气浓度与相对反射率强度变化的关系信息可以为查找表等，其中，查找表为不同氢气浓度所对应的相对反射率强度变化。
需要说明的是，当光学参数为散射光强度时，测量除反射方向之外任意一个方向的散射光在通氢前后的散射光强度，从而根据散射光强度的变化，确定氢气的浓度。
以下通过具体实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
(1)常温下，将聚二甲基硅氧烷和固化剂按照质量比为5:1倒入培养皿中进行混合，搅拌均匀后，得到混合液体；
(2)取一块干净的硅片放入另一个培养皿中，将混合液体倒入放置有硅片的培养皿中。将该培养皿放入真空泵中抽真空，去除混合液体中的气泡；
(3)将去除气泡后的混合液体放入烤箱中，在70℃下烘烤2小时，固化后取出该培养皿，用干净的小刀裁取尺寸为2cm*2cm的聚二甲基硅氧烷膜作为弹性衬底；
(4)将聚二甲基硅氧烷膜的与硅片接触的那面作为衬底表面，并将该聚二甲基硅氧烷膜放入磁控溅射仪中，在衬底表面镀上钯纳米材料，得到钯纳米膜，其中，钯纳米膜的厚度为34nm，溅射参数为：15mA/240s。
将实施例1制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和氮气的混合气体，氢气和氮气的体积比为4:96)，通入采用紫外分光光度计(Lambda 950，PerkinElmer)测量其反射谱，在波长500nm下，测得相对反射率变化达到674％。
实施例2
按实施例1的步骤制备氢气传感器，区别在于聚二甲基硅氧烷和固化剂质量比为10:1。
将实施例2制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和氮气的混合气体，氢气和氮气的体积比为4:96)，通入采用紫外分光光度计(Lambda 950，PerkinElmer)测量其反射谱，在波长500nm下，测得相对反射率变化达到887％。
实施例3
按实施例1的步骤制备氢气传感器，区别在于聚二甲基硅氧烷和固化剂质量比为20:1。
将实施例3制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和氮气的混合气体，氢气和氮气的体积比为4:96)，通入采用紫外分光光度计(Lambda 950，PerkinElmer)测量其反射谱，在波长500nm下，测得相对反射率变化达到353％。
实施例4
按实施例2的步骤制备氢气传感器，区别在于钯纳米膜的厚度为5nm。
将实施例4制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和氮气的混合气体，氢气和氮气的体积比为4:96)，通入采用紫外分光光度计(Lambda 950，PerkinElmer)测量其反射谱，在波长500nm下，测得相对反射率变化达到8％。
实施例5
按实施例1的步骤制备氢气传感器，区别在于钯纳米膜的厚度为14nm。
将实施例5制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和氮气的混合气体，氢气和氮气的体积比为4:96)，通入采用紫外分光光度计(Lambda 950，PerkinElmer)测量其反射谱，在波长500nm下，测得相对反射率变化达到196％。
实施例6
按实施例1的步骤制备氢气传感器，区别在于钯纳米膜的厚度为85nm。
将实施例6制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和氮气的混合气体，氢气和氮气的体积比为4:96)，通入采用紫外分光光度计(Lambda 950，PerkinElmer)测量其反射谱，在波长500nm下，测得相对反射率变化达到2970％。
实施例7
按实施例1的步骤制备氢气传感器，区别在于钯纳米膜的厚度为420nm。
将实施例7制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和氮气的混合气体，氢气和氮气的体积比为4:96)，通入采用紫外分光光度计(Lambda 950，PerkinElmer)测量其反射谱，在波长500nm下，测得相对反射率变化达到1968％。
观察氢气传感器在通氢气前后的表面变化
将实施例2制得的氢气传感器在通氢气前放在显微镜下，用10倍物镜观察，显微镜与图像传感器相连，通过图像传感器传到显示器上，从显示器上观察到的观察结果如图5所示，氢气传感器的表面比较光滑，反射光强度很大。
将实施例2制得的氢气传感器在通4％氢气后放在显微镜下，用10倍物镜观察，显微镜与图像传感器相连，通过图像传感器传到显示器上，从显示器上观察到的观察结果如图6所示，可以清楚的观察到氢气传感器表面有起皱，且快速变暗，反射光强度越来越低。
光谱测量
将氢气传感器放入气体流通池中，用紫外分光光度计(Lambda 950，PerkinElmer)测量其反射谱。探测器距离氢气传感器32cm，光收集区域的尺寸大小为7mm*7mm。首先，在气体流通池内放入银镜，测量其反射率。利用银镜在流通池中的反射率，对气体流通池中的玻璃透镜对探测光反射带来误差进行校准。校准公式为式中：Rs是氢气传感器的反射率，RAg是银镜的反射率，RB是背景的反射率。
如图7所示，钯膜的厚度不同，相对反射率变化不同。从图中可以看出，当钯膜的厚度为85nm时，反射谱相对强度变化最大，传感效果最好。其中，相对发射率变化的计算公式为：ΔRrel＝(R0％-Ri％)/Ri％，其中，i大于0小于等于4，ΔRrel为相对反射率变化；R0％为通氢气前的反射率，Ri％为通浓度为i％的氢气的反射率。
当钯膜的厚度为34nm时，与通氢气前测得的反射率相比，通浓度为4％氢气后，在整个可见光区域其反射率下降达到40％以上，相对反射率强度变化达到800％。
再参考图8，图8为不同氢气浓度下的光谱响应。在波长为500nm的探测光下，测量通入不同浓度氢气下氢气传感器的反射光谱。氢气的浓度分别为0％，0.3％，0.6％，0.8％，0.9％，1％，1.2％，1.5％，2％以及4％。从图8中可以看出，氢气传感器的线性测量范围在氢气浓度0.6％到1％之间，可以看出氢气传感器具有较高的灵敏度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种氢气传感器，其特征在于，包括弹性衬底和位于所述弹性衬底上的氢敏材料纳米膜。
2.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材料纳米膜为钯膜、镁膜、钇膜及镍镁合金膜中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材料纳米膜为钯膜，所述氢敏材料纳米膜的厚度为5nm-420nm。
4.根据权利要求2所述的氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材料纳米膜选自镁膜、钇膜或镍镁合金膜，所述氢敏材料纳米膜的厚度为5nm-800nm。
5.根据权利要求2所述的氢气传感器，其特征在于，所述氢敏材料纳米膜为镁膜、钇膜及镍镁合金膜中的一种或多种其他膜与钯膜构成的复合膜，所述钯膜位于最上层，其中，所述钯膜的厚度为5nm-60nm，所述其他膜的厚度为5nm-800nm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的氢气传感器，其特征在于，所述弹性衬底的杨氏模量大于0小于等于60000MPa。
7.根据权利要求6所述的氢气传感器，其特征在于，所述弹性衬底的靠近所述氢敏材料纳米膜的表面上具有第一图案化结构，所述氢敏材料纳米膜为具有与所述第一图案化结构相适配的第二图案化结构。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的氢气传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在弹性衬底上蒸镀氢敏纳米材料，形成氢敏材料纳米膜。
9.根据权利要求8所述的氢气传感器的制备方法，其特征在于，所述弹性衬底的制备过程包括以下步骤：
将液态弹性材料和固化剂进行混合，搅拌均匀后，得到混合液体，其中，所述液态弹性材料和所述固化剂的质量比为5:1-20:1；
去除所述混合液体中的气泡；
将去除气泡后的所述混合液体进行烘干和固化，得到弹性衬底。
10.一种基于权利要求1-7中任一项所述的氢气传感器实现氢气检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将入射光照射到所述氢敏材料纳米膜的表面上，测量所述氢敏材料纳米膜的光学参数，其中，所述光学参数为反射光强度、反射率、透射光强度、透射率、散射光强度、散射截面、消光强度、消光截面、吸光度或吸收截面。
通入含氢气的气体，所述氢敏材料纳米膜吸收氢气后体积膨胀，所述弹性衬底发生变形；
将入射光照射到变形后的所述氢敏材料纳米膜的表面上，测量所述变形后的氢敏材料纳米膜的光学参数；
通过所述氢敏材料纳米膜变形前后的光学参数，得到相对光学参数的变化，根据所述相对光学参数的变化，确定氢气的浓度。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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