CN113155906A - 氢气传感器及其制备方法和氢气检测方法 - Google Patents

氢气传感器及其制备方法和氢气检测方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

氢气传感器及其制备方法和氢气检测方法
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；
在所述氢敏薄膜远离所述衬底的一侧形成气体选择薄膜，使所述气体选择薄膜覆盖所述氢敏薄膜；
其中，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，所述在所述氢敏薄膜远离所述衬底的一侧形成气体选择薄膜，使所述气体选择薄膜覆盖所述氢敏薄膜的步骤包括：
在基底上形成水溶性薄膜；
在所述水溶性薄膜上形成气体选择薄膜，得到转移膜；
将所述转移膜以设有所述气体选择薄膜的一侧覆盖在所述衬底上形成有所述氢敏薄膜的一侧，并使所述气体选择薄膜在围绕所述氢敏薄膜的区域与所述衬底贴合，得到半成品；
将所述半成品用水浸泡，使所述水溶性薄膜溶解在水中，然后除去所述基底，制备氢气传感器。
在其中一个实施例中，所述水溶性薄膜为聚丙烯酸薄膜、聚乙烯醇薄膜或聚丙烯酰胺薄膜，采用旋涂的方法在所述基底上形成所述水溶性薄膜。
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，采用物理气相沉积的方法在所述衬底上形成所述氢敏薄膜。
一种氢气检测方法，包括如下步骤：
将含氢气的待检测气体通过气体选择薄膜进行选择性过滤，再通过衬底上的氢敏薄膜吸附；其中，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；
检测所述氢敏薄膜在吸附之前和吸附之后的光学信号；及
根据吸附之前和吸附之后的光学信号的变化，得到待检测气体中氢气的浓度。
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上的气体选择薄膜。氢敏薄膜与氢气接触时，吸收氢气而体积膨胀，随着吸收的氢气量逐渐增多，氢敏薄膜的表面逐渐从反射表面变成散射表面，反射率(或透过率)强度等光学信号发生明显变化，从而根据吸氢前后反射率(或透过率)强度等光学信号的变化实现对氢气的检测。在氢敏薄膜表面设置一层聚甲基丙烯酸甲酯膜作为气体选择薄膜，对H2进行选择性过滤，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。
实验证明，当模拟真实环境的氢气泄露情况时，通入体积百分浓度为4％的H2和体积百分浓度为96％的干燥空气的混合气体时，上述氢气传感器在可见光波段的反射率变化大于20％，相对反射率变化大于220％，加氢响应时间约为6s，比单纯的氢敏薄膜的响应时间要短得多。因此，上述氢气传感器能够提高加氢反应的响应速度。
附图说明
图1为一实施方式的氢气传感器的原理示意图；
图2为氢气传感器的制备过程的一种工艺流程示意图；
图3为通入氢气前后，实施例1制备的氢气传感器在可见光波段的反射率变化图；
图4为实施例1和对比例1制备的氢气传感器暴露于体积比4:96的氢气与干燥空气氛围中，在600nm波长处的反射率变化曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本发明的较佳的实施例。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地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一实施方式的氢气传感器，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。
气体选择薄膜能够使氢气通过，并阻断其他气体如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，导致传感器的响应时间出现相应延迟，甚至直接失效。
具体地，气体选择薄膜的厚度为5nm～400nm。优选地，气体选择薄膜的厚度为16nm～51nm。
在其中一个实施例中，气体选择薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯膜，气体选择薄膜的厚度为5nm～400nm。
优选地，气体选择薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜。选择聚甲基丙烯酸甲酯对H2进行选择性过滤，是因为其具有较高的H2选择性，它的适度的自由体积只允许H2渗透。在通入H2之前，入射光通过氢气传感器的平面反射。当暴露于H2下时，入射光被吸氢后氢敏薄膜体积膨胀引起的起皱面散射，导致进入探测器的收集光减少。由于PMMA膜层只允许氢气通过，这将提高传感器的响应速度。另外，PMMA膜的透明性好，对氢气检测过程中的影响较小。
进一步地，气体选择薄膜在围绕氢敏薄膜的区域与衬底相互贴合。
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。上述氢敏薄膜吸氢后体积会发生膨胀。可以理解，氢敏薄膜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、合金或金属复合物。
在其中一个实施例中，氢敏薄膜为钯纳米薄膜，氢敏薄膜的厚度为5nm～420nm。钯纳米薄膜在常温常压环境下就能很好地与氢气发生作用。氢敏薄膜的厚度也会影响在去氢后弹性衬底恢复的状态。优选地，氢敏薄膜的厚度为14nm～85nm。
在另一个实施例中，氢敏薄膜为镁纳米薄膜、钇纳米薄膜或镍镁合金纳米薄膜，氢敏薄膜的厚度为5nm～800nm。
由于镁纳米薄膜、钇纳米薄膜、镍镁合金纳米薄膜等在常温常压下的吸氢效率不高，常需加入催化剂提高吸氢效率。因此，在又一个实施例中，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形成的复合膜，其中，其他膜位于钯纳米薄膜与衬底之间，钯纳米薄膜的厚度为5nm～60nm，其他膜的总厚度为5nm～800nm。通过将钯纳米薄膜位于最上层，该钯纳米薄膜作为催化剂，从而提高复合膜的传感性能。
具体地，氢敏薄膜可以为镁纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜、钇纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜或者镍镁合金纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜。当氢敏薄膜为镁纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜时，在氢敏薄膜中，镁纳米薄膜的厚度为5nm～800nm，钯纳米薄膜的厚度为5nm～60nm。当氢敏薄膜为钇纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜时，在氢敏薄膜中，钇纳米薄膜的厚度为5nm～800nm，钯纳米薄膜的厚度为5nm～60nm。当氢敏薄膜为镍镁合金纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜时，在氢敏薄膜中，镍镁合金纳米薄膜的厚度为5nm～800nm，钯纳米薄膜的厚度为5nm～15nm。需要说明的是，氢敏薄膜也可以为镁纳米薄膜、钇纳米薄膜以及钯纳米薄膜依次层叠形成的复合膜。
优选地，衬底为弹性衬底。当衬底为弹性衬底时，由于氢敏薄膜与氢气接触时，氢敏材料吸收氢气而体积膨胀，膨胀过程中对弹性衬底的表面施加应力，使得弹性衬底的表面变形起皱，随着吸收的氢气量逐渐增多，氢敏薄膜的表面逐渐从反射表面变成散射表面，实现对氢气的探测。弹性衬底具有弹性，从而氢敏薄膜吸收氢气后，弹性衬底能及时反应，提高氢气传感器的灵敏度。此外，当外壁氢气浓度降低时，氢敏薄膜发生去氢反应，氢敏薄膜体积收缩，弹性衬底在弹性恢复力的作用下恢复到初始的平滑状态，从而使得该氢气传感器可以多次使用。因此，在本实施方式中，优选弹性衬底作为衬底材料。可以理解，当衬底为刚性衬底，如石英片或硅片时，在氢敏薄膜表面设置一层气体选择薄膜，由于气体选择薄膜对氢气的选择性，阻断其他气体，较单纯的氢敏薄膜，仍能够起到提高响应速度的作用。
在其中一个实施例中，衬底为弹性衬底，0＜衬底的杨氏模量≤60000MPa。弹性衬底可以为所有低弹性模量的弹性体。例如，衬底的材质可以为热固性弹性体或热塑性弹性体。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。热塑性弹性体还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。因此，在本实施方式中，衬底为弹性衬底，衬底的材质可以选自丁苯橡胶、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。需要说明的是，弹性衬底只要其具有弹性即可。
在其中一个实施例中，衬底的材质可以为聚二甲基硅氧烷。
在本实施方式中，氢敏薄膜与氢气反应过程中，照射在其表面的探测光从反射变成散射，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。请参阅图1，衬底为弹性衬底，上述氢气传感器的工作原理具体如下：
当模拟真实环境的氢气泄露情况时，例如通入体积百分浓度为4％的氢气和体积百分浓度为96％的空气的混合气体时，气体选择薄膜600使氢气通过，并阻断其他气体如O2、CO和NO2通过，氢敏薄膜300吸收氢气，氢敏薄膜300体积膨胀，膨胀过程中其对弹性衬底100的表面施加应力，使得弹性衬底100的表面变形起皱，随着吸收的氢气量逐渐增多，氢敏薄膜300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100具有弹性，从而氢敏薄膜300吸收氢气后，弹性衬底100能及时反应，提高氢气传感器的灵敏度。
当停止通入上述混合气体之后，由于气体选择薄膜600外部氢气浓度降低，氢敏薄膜300发生去氢反应，氢敏薄膜300体积收缩，弹性衬底100在弹性恢复力的作用下恢复到初始的平滑状态，使得该氢气传感器可以多次使用。
上述氢气传感器至少具有以下优点：
(1)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上的气体选择薄膜。氢敏薄膜与氢气接触时，吸收氢气而体积膨胀，随着吸收的氢气量逐渐增多，氢敏薄膜的表面逐渐从反射表面变成散射表面，反射率(或透过率)强度等光学信号发生明显变化，从而根据吸氢前后反射率(或透过率)强度等光学信号的变化实现对氢气的检测。在氢敏薄膜表面设置一层聚甲基丙烯酸甲酯膜作为气体选择薄膜，对H2进行选择性过滤，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。实验证明，当模拟真实环境的氢气泄露情况时，通入体积百分浓度为4％的H2和体积百分浓度为96％的干燥空气的混合气体时，上述氢气传感器在可见光波段的反射率变化大于20％，相对反射率变化大于220％，加氢反应时间约为6s，比单纯的氢敏薄膜的反应时间要短得多。
(2)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，氢气的体积百分浓度为4％的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，使氢气传感器的检测可视化。
(3)上述氢气传感器还可以用在氢气检测报警系统中，通过设置高反射率对比度引起的反射率变化的报警阈值，例如，当反射率变化超过预定值时，氢气传感器发出报警信息，可以将传感器的响应时间进一步缩短到2秒左右。
(4)上述氢气传感器的成本低，易于制造，可大批量生产，且灵敏度高，可以重复多次使用，能够适用于不同环境下的氢气探测，在实际应用中具有很大的应用前景。
一实施方式的氢气传感器的制备方法，包括如下步骤：
步骤S110：在衬底上形成氢敏薄膜。
具体地，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，采用物理气相沉积的方法在衬底上形成氢敏薄膜。例如采用磁控溅射法在衬底上蒸镀氢敏材料以形成氢敏薄膜。
进一步地，在衬底上形成氢敏薄膜的步骤包括：
在衬底的部分区域形成遮蔽膜；
在衬底上形成有遮蔽膜的一侧通过物理气相沉积法沉积氢敏材料，然后除去遮蔽膜，形成氢敏薄膜。
具体地，在衬底一侧表面的两边区域形成遮蔽膜，中间区域留有空白，在沉积氢敏材料的过程中，氢敏材料沉积在中间区域和遮蔽膜上，除去遮蔽膜后，只留下在衬底上的氢敏薄膜。
在其中一个实施例中，衬底的尺寸为1.2cm×1.2cm。未形成遮蔽膜的中间区域的尺寸可以为0.6cm×0.6cm，可以理解，中间区域的尺寸不限于此，还可以根据实际需要进行选择。
在其中一个实施例中，遮蔽膜为蓝膜。
具体地，物理气相沉积法可以使用磁控溅射法，将贴好遮蔽膜的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/180s。要说明的是，溅射参数大小可以根据氢敏薄膜的厚度需要进行选择。例如，在溅射过程中，先对设备抽真空，当气压(或真空度)达到6.0×10-4mbar时，通入氩气，使氩气气压为0.01mbar。溅射过程中氩等离子体处理引起的表面波纹可以进一步改善表面起皱效果。由于遮蔽膜的遮挡，在除去遮蔽膜后，氢敏薄膜只沉积于衬底的中间区域。
具体地，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。上述氢敏薄膜吸氢后体积会发生膨胀。可以理解，氢敏薄膜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、合金或金属复合物。
在其中一个实施例中，氢敏薄膜为钯纳米薄膜，氢敏薄膜的厚度为5nm～420nm。钯纳米薄膜在常温常压环境下就能很好地与氢气发生作用。氢敏薄膜的厚度也会影响在去氢后弹性衬底恢复的状态。优选地，氢敏薄膜的厚度为14nm～85nm。
在另一个实施例中，氢敏薄膜为镁纳米薄膜、钇纳米薄膜或镍镁合金纳米薄膜，氢敏薄膜的厚度为5nm～800nm。
由于镁纳米薄膜、钇纳米薄膜、镍镁合金纳米薄膜等在常温常压下的吸氢效率不高，常需加入催化剂提高吸氢效率。因此，在又一个实施例中，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形成的复合膜，其中，其他膜位于钯纳米薄膜与衬底之间，钯纳米薄膜的厚度为5nm～60nm，其他膜的总厚度为5nm～800nm。通过将钯纳米薄膜位于最上层，该钯纳米薄膜作为催化剂，从而提高复合膜的传感性能。
具体地，氢敏薄膜可以为镁纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜、钇纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜或者镍镁合金纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜。当氢敏薄膜为镁纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜时，在氢敏薄膜中，镁纳米薄膜的厚度为5nm～800nm，钯纳米薄膜的厚度为5nm～60nm。当氢敏薄膜为钇纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜时，在氢敏薄膜中，钇纳米薄膜的厚度为5nm～800nm，钯纳米薄膜的厚度为5nm～60nm。当氢敏薄膜为镍镁合金纳米薄膜与钯纳米薄膜层叠的复合膜时，在氢敏薄膜中，镍镁合金纳米薄膜的厚度为5nm～800nm，钯纳米薄膜的厚度为5nm～15nm。需要说明的是，氢敏薄膜也可以为镁纳米薄膜、钇纳米薄膜以及钯纳米薄膜依次层叠形成的复合膜。
优选地，衬底为弹性衬底。当衬底为弹性衬底时，由于氢敏薄膜与氢气接触时，氢敏材料吸收氢气而体积膨胀，膨胀过程中对弹性衬底的表面施加应力，使得弹性衬底的表面变形起皱，随着吸收的氢气量逐渐增多，氢敏薄膜的表面逐渐从反射表面变成散射表面，实现对氢气的探测。弹性衬底具有弹性，从而氢敏薄膜吸收氢气后，弹性衬底能及时反应，提高氢气传感器的灵敏度。此外，当外壁氢气浓度降低时，氢敏薄膜发生去氢反应，氢敏薄膜体积收缩，弹性衬底在弹性恢复力的作用下恢复到初始的平滑状态，从而使得该氢气传感器可以多次使用。因此，在本实施方式中，优选弹性衬底作为衬底材料。可以理解，当衬底为刚性衬底，如石英片或硅片时，在氢敏薄膜表面设置一层气体选择薄膜，由于气体选择薄膜对氢气的选择性，阻断其他气体，较单纯的氢敏薄膜，仍能够起到提高响应速度的作用。
在其中一个实施例中，衬底为弹性衬底，0＜衬底的杨氏模量≤60000MPa。弹性衬底可以为所有低弹性模量的弹性体。例如，衬底的材质可以为热固性弹性体或热塑性弹性体。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。热塑性弹性体还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。因此，在本实施方式中，衬底为弹性衬底，衬底的材质可以选自丁苯橡胶、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一种。需要说明的是，弹性衬底只要其具有弹性即可。
在其中一个实施例中，衬底的材质可以为聚二甲基硅氧烷。
在其中一个实施例中，衬底为弹性衬底，氢气传感器的制备步骤还包括弹性衬底的制备步骤，具体地，弹性衬底的制备步骤包括：
步骤S132：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，液态弹性材料和固化剂的质量比为5:1～20:1。
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。在其中一个施例中，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)。
步骤S134：去除混合液体中的气泡。
具体地，取一块干净的硅片放入另一个培养皿中，将步骤S132中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。
步骤S136：将去除气泡后的混合液体进行烘干固化，得到弹性衬底。
其中，烘干固化的条件包括：温度为60℃～80℃，时间为1小时～2.5小时。具体地，烘干固化的步骤包括：将去除气泡后的混合液体放入烤箱中，在60℃～80℃下烘烤1小时～2.5小时，固化后取出该培养皿，用干净的小刀裁取弹性膜，得到弹性衬底。在其中一个实施例中，弹性衬底的尺寸为1.2cm×1.2cm。需要说明的是，弹性衬底的尺寸大小不限于为上述值，具体可以根据实际需要进行选择。
步骤S120：在氢敏薄膜远离弹性衬底的一侧形成气体选择薄膜，使气体选择薄膜覆盖氢敏薄膜。
其中，气体选择薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯膜。
气体选择薄膜能够使氢气通过，并阻断其他气体如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，导致传感器的响应时间出现相应延迟，甚至直接失效。
具体地，气体选择薄膜的厚度为5nm～400nm。优选地，气体选择薄膜的厚度为16nm～51nm。
在其中一个实施例中，气体选择薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯膜，气体选择薄膜的厚度为5nm～400nm。
优选地，气体选择薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯膜。选择聚甲基丙烯酸甲酯对H2进行选择性过滤，是因为其具有较高的H2选择性，它的适度的自由体积只允许H2渗透。在通入H2之前，入射光通过氢气传感器的平面反射。当暴露于H2下时，入射光被吸氢后钯纳米薄膜体积膨胀引起的起皱面散射，导致进入探测器的收集光减少。由于PMMA膜层只允许氢气通过，这将提高传感器的响应速度。
具体地，在氢敏薄膜远离衬底的一侧形成气体选择薄膜的步骤包括：通过旋涂法制备气体选择薄膜，再将气体选择薄膜转移到氢敏薄膜上。
进一步地，在氢敏薄膜远离衬底的一侧形成气体选择薄膜，使气体选择薄膜覆盖氢敏薄膜的步骤包括：
在基底上形成水溶性薄膜；
在水溶性薄膜上形成气体选择薄膜，得到转移膜；
将转移膜以设有气体选择薄膜的一侧覆盖在衬底上形成有氢敏薄膜的一侧，并使气体选择薄膜在围绕氢敏薄膜的区域与衬底贴合，得到半成品；
将半成品用水浸泡，使水溶性薄膜溶解在水中，然后除去基底，制备氢气传感器。
在其中一个实施例中，基底为石英基底或硅片基底。
在其中一个实施例中，水溶性薄膜为聚丙烯酸(PAA)薄膜、聚乙烯醇薄膜或聚丙烯酰胺薄膜，采用旋涂的方式在基底上形成水溶性薄膜。
进一步地，请参阅图2，氢气传感器的制备过程具体包括：
(1)如图2所示，先在衬底上100贴附设有孔的蓝膜200，在图示中，蓝膜200的中间设有孔。
(2)采用物理气相沉积的方式如磁控溅射法在衬底100上沉积氢敏薄膜300，氢敏薄膜300沉积在蓝膜200的小孔的位置处以及蓝膜200上。
(3)除去蓝膜200，得到形成在衬底100中间区域的氢敏薄膜300。
(4)在基底400上先旋涂水溶性溶液，水溶性溶液为聚丙烯酸溶液、聚乙烯醇溶液或聚丙烯酰胺溶液，加热烘干后形成水溶性薄膜500，对应的水溶性薄膜500为PAA薄膜、聚乙烯醇薄膜或聚丙烯酰胺薄膜。再采用旋涂法在水溶性薄膜500上形成气体选择薄膜600，得到转移膜。
(5)将转移膜以设有气体选择薄膜600的一侧覆盖在衬底100上形成有氢敏薄膜300的一侧，并使气体选择薄膜600在围绕氢敏薄膜300的区域与衬底100贴合，得到半成品。
(6)将半成品用水浸泡，使水溶性薄膜500溶解在水中，然后分离基底400，制备氢气传感器。
上述氢气传感器的制备方法工艺简单，易于制造，成本低。
一实施方式的氢气检测方法，包括如下步骤：
将含氢气的待检测气体通过气体选择薄膜进行选择性过滤，再通过衬底上的氢敏薄膜吸附；其中，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；
检测氢敏薄膜在吸附之前和吸附之后的光学信号；及
根据吸附之前和吸附之后的光学信号的变化，得到待检测气体中氢气的浓度。
具体地，光学信号可以为反射率(或透过率)强度等。
具体地，根据吸附之前和吸附之后的光学信号的变化，得到待检测气体中氢气的浓度的步骤中，先建立吸附之前和吸附之后的光学信号的变化与氢气浓度的标准关系，然后根据标准关系和检测的吸附之前和吸附之后的光学信号的变化，得到待检测气体中氢气的浓度。
上述氢气检测方法的原理如下：氢敏薄膜与氢气接触时，吸收氢气而体积膨胀，随着吸收的氢气量逐渐增多，氢敏薄膜的表面逐渐从反射表面变成散射表面，反射率(或透过率)强度等光学信号发生明显变化，从而根据吸氢前后反射率(或透过率)强度等光学信号的变化实现对氢气的检测。
以下通过具体实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
本实施例的氢气传感器的制备过程具体如下：
(1)在常温下，将聚二甲基硅氧烷预聚物(型号：SYLGARD 184；厂家：美国道康宁)和硅树脂固化剂(型号：SYLGARD 184；厂家：美国道康宁)按照质量比为10:1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，将步骤(1)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。
(3)将步骤(2)去除气泡后的混合液体放入烤箱中，在70℃下烘烤1小时，固化后取出该培养皿，用干净的小刀裁取，得到尺寸为1.2cm×1.2cm的聚二甲基硅氧烷膜作为弹性衬底。
(4)裁剪尺寸为1.5cm×1.5cm的蓝膜，在蓝膜中央裁剪出尺寸0.6cm×0.6cm的孔，将裁好孔的带孔蓝膜贴在聚二甲基硅氧烷膜与硅片接触的那面作为衬底表面，并将该贴有带孔蓝膜的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，得到钯纳米薄膜，其中，钯纳米薄膜的厚度为25nm，溅射参数为：15mA/180s。撕下带孔蓝膜，得到中央有钯纳米薄膜而周围没有钯纳米薄膜的聚二甲基硅氧烷衬底。
(5)在干净平整的另一硅片基底上用旋涂法旋涂聚丙烯酸溶液制备聚丙烯酸薄膜，其中，硅片基底的尺寸为1.2cm×1.2cm，聚丙烯酸溶液的质量百分浓度为2％，旋涂法中转速为一阶段800rpm×3s，二阶段4000rpm×32s，旋涂完成后将硅片基底放置于加热台上115℃加热5分钟。
(6)在步骤(5)制备好的聚丙烯酸薄膜上利用旋涂法旋涂聚甲基丙烯酸甲酯氯苯溶液，制备聚甲基丙烯酸甲酯薄膜。其中，聚甲基丙烯酸甲酯氯苯溶液的质量百分浓度为0.5％，旋涂法中转速为一阶段800rpm×3s，二阶段3000rpm×32s，旋涂完成后将硅片基底放置于加热台上180℃加热5分钟，得到从上到下分别为聚甲基丙烯酸甲酯薄膜和聚丙烯酸薄膜的硅片基底，其中，聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的厚度为22nm。
(7)将步骤(6)中得到的硅片基底形成有聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的一面覆盖在步骤(4)中得到的中央有钯纳米薄膜而周围没有钯纳米薄膜的聚二甲基硅氧烷衬底上，用镊子按压聚二甲基硅氧烷衬底四周使聚甲基丙烯酸甲酯薄膜与没有钯纳米薄膜的聚二甲基硅氧烷贴紧。再将整个样品放入去离子水中浸泡，使聚丙烯酸薄膜溶解，除去硅片基底，得到依次形成有聚甲基丙烯酸甲酯薄膜和钯纳米薄膜的弹性衬底，即为本实施例的氢气传感器。
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(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到265％。其中，相对反射率变化的计算公式为：ΔRrel＝(R0％-Ri％)/Ri％，其中，0＜i≤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。
图3为通入氢气前后，实施例1制备的氢气传感器在可见光波段的反射率曲线。其中，通入气体的总流量为2000sccm。反射率变化大于20％，表明该氢气传感器具有很大的响应度。
实施例2
本实施例的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(4)中制备的钯纳米薄膜的厚度为30nm。
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(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到459％。
实施例3
本实施例的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(4)中制备的钯纳米薄膜的厚度为34nm。
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(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到679％。
实施例4
本实施例的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(4)中制备的钯纳米薄膜的厚度为41nm。
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(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到891％。
实施例5
本实施例的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(4)中制备的钯纳米薄膜的厚度为47nm。
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(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到845％。
实施例6
本实施例的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(4)中制备的钯纳米薄膜的厚度为420nm。
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(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化为713％。
实施例7
本实施例的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(6)中制备的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的厚度为16nm。
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(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到267％。
实施例8
本实施例的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(6)中制备的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的厚度为34nm。
将实施例8制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到257％。
实施例9
本实施例的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(6)中制备的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的厚度为43nm。
将实施例9制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到240％。
实施例10
本实施例的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(6)中制备的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的厚度为51nm。
将实施例10制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到225％。
实施例11
本实施例的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(6)中制备的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的厚度为400nm。
将实施例10制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到32％。
对比例1
对比例1的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，对比例1的氢气传感器的制备过程不包括步骤(5)～步骤(7)，即对比例1的氢气传感器中不含有气体选择薄膜。
将对比例1制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到560％。
图4为实施例1制备的氢气传感器和对比例1制备的氢气传感器暴露于体积比4:96的氢气与干燥空气氛围中，在600nm波长处的反射率变化曲线图。其中，通入气体的总流量为2000sccm，实线(Pd+PDMS)表示对比例1制备的氢气传感器的反射率变化曲线，虚线(PPBE)表示实施例1制备的氢气传感器的反射率变化曲线。
从图中可以看出，对比例1的氢气传感器在体积比4:96的氢气与干燥空气氛围中的加氢反应时间为16s。而实施例1制备的氢气传感器在体积比4:96的氢气与干燥空气氛围中的加氢反应时间仅约为7s，远小于对比例1的反应时间。这意味着在实际空气环境中，实施例制备的氢气传感器的加氢时间(7s)比仅覆盖单层Pd薄膜的对比例1的氢气传感器的加氢时间(16s)快得多，说明气体选择薄膜的存在可以提高Pd薄膜在空气中的吸氢速率。
需要说明的是，加氢反应时间指反射率变化曲线中反射率开始变化到达到平衡所用的时间。
对比例2
对比例2的氢气传感器的制备过程与实施例1的氢气传感器的制备过程相似，区别在于，步骤(5)为：在干净平整的方形玻璃片上贴上铜基单层石墨烯薄膜(南京牧科)，在附有石墨烯的一侧用旋涂法旋涂聚乙烯醇溶液制备聚乙烯醇膜，其中，玻璃片尺寸为2.5cm×2.5cm，铜基单层石墨烯薄膜的尺寸为1.2cm×1.2cm，聚乙烯醇溶液的质量百分浓度为10％，旋涂法中转速为一阶段800rpm×3s，二阶段1000rpm×32s，旋涂完成后将玻璃片基底放置于加热台上115℃加热15分钟，得到聚乙烯醇/石墨烯/铜箔/玻璃片复合结构的样品。
步骤(6)为：将步骤(5)中得到的聚乙烯醇/石墨烯/铜箔/玻璃片复合结构的样品中覆盖有聚乙烯醇膜的一侧从玻璃片衬底上撕下，得到聚乙烯醇/石墨烯薄膜。
步骤(7)为：将步骤(6)中得到的聚乙烯醇/石墨烯薄膜有石墨烯的一面覆盖在步骤(4)中得到的中央有钯纳米薄膜而周围没有钯纳米薄膜的聚二甲基硅氧烷衬底上，用镊子按压聚二甲基硅氧烷衬底四周使石墨烯薄膜与没有钯纳米薄膜的聚二甲基硅氧烷贴紧。再将整个样品放入去离子水中浸泡，使聚乙烯醇膜溶解，得到依次形成有石墨烯薄膜和钯纳米薄膜的弹性衬底，即为对比例2的氢气传感器。
将对比例2制得的氢气传感器放入气体流通池中，通入4％氢气(氢气和空气的混合气体，氢气和空气的体积比为4:96)，利用光学显微镜和光纤光谱仪组成的测量系统检测传感器的反射率。具体地，利用5倍物镜将探测光聚焦在传感器上，采集反射光，物镜的数值孔径(NA)为0.15。在波长600nm下，测得相对反射率变化达到235％。
将对比例2制备的氢气传感器暴露于体积比4:96的氢气与干燥空气氛围中，得到其在600nm波长处的反射率变化曲线图。其中，通入气体的总流量为2000sccm，并根据反射率变化曲线图，得到对比例2的氢气传感器的加氢响应时间约为51s。
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：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。
2.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述气体选择薄膜的厚度为5nm～400nm，优选地，所述气体选择薄膜的厚度为16nm～51nm。
3.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述气体选择薄膜在围绕所述氢敏薄膜的区域与所述衬底相互贴合。
4.根据权利要求1～3任一项所述的氢气传感器，其特征在于，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。
5.根据权利要求4所述的氢气传感器，其特征在于，所述氢敏薄膜为钯纳米薄膜，所述钯纳米薄膜的厚度为5nm～420nm，优选地，所述钯纳米薄膜的厚度为14nm～85nm；或者，
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；或者，
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。
6.根据权利要求1～3及5任一项所述的氢气传感器，其特征在于，所述衬底为弹性衬底，0＜所述衬底的杨氏模量≤60000MPa；及/或，
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。
7.一种氢气传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在衬底上形成氢敏薄膜；
在所述氢敏薄膜远离所述衬底的一侧形成气体选择薄膜，使所述气体选择薄膜覆盖所述氢敏薄膜；
其中，所述气体选择薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯膜。
8.根据权利要求7所述的氢气传感器的制备方法，其特征在于，所述在所述氢敏薄膜远离所述衬底的一侧形成气体选择薄膜，使所述气体选择薄膜覆盖所述氢敏薄膜的步骤包括：
在基底上形成水溶性薄膜，优选地，所述水溶性薄膜为聚丙烯酸薄膜、聚乙烯醇薄膜或聚丙烯酰胺薄膜，采用旋涂的方式在所述基底上形成所述水溶性薄膜；
在所述水溶性薄膜上形成所述气体选择薄膜，得到转移膜；
将所述转移膜以设有所述气体选择薄膜的一侧覆盖在所述衬底上的形成有所述氢敏薄膜的一侧，并使所述气体选择薄膜在围绕所述氢敏薄膜的区域与所述衬底贴合，得到半成品；
将所述半成品用水浸泡，使所述水溶性薄膜溶解在水中，然后除去所述基底，制备氢气传感器。
9.根据权利要求7所述的氢气传感器的制备方法，其特征在于，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，采用物理气相沉积的方法在所述衬底上形成所述氢敏薄膜。
10.一种氢气检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
将含氢气的待检测气体通过气体选择薄膜进行选择性过滤，再通过衬底上的氢敏薄膜吸附；其中，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；
检测所述氢敏薄膜在吸附之前和吸附之后的光学信号；及
根据吸附之前和吸附之后的光学信号的变化，得到待检测气体中氢气的浓度。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114414485A (zh) * 2022-01-19 2022-04-29 浙江树人学院（浙江树人大学） 一种基于弹性光纤的氢气探测器
CN114520198A (zh) * 2022-04-20 2022-05-20 南京盖特尔电子科技有限公司 用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件及其制备方法
CN115493968A (zh) * 2022-09-22 2022-12-20 北京工业大学 一种渗透型氢气泄露报警装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107941755A (zh) * 2017-11-02 2018-04-20 中山大学 氢气传感器及其制备方法、实现氢气检测的方法
WO2018133053A1 (en) * 2017-01-21 2018-07-26 Southern University Of Science And Technology Graphene film and direct method for transfering graphene film onto flexible and transparent substrates
US20190094147A1 (en) * 2017-09-27 2019-03-28 University Of Cincinnati Hydrogen sensitive films and sensors produced therefrom
CN111638252A (zh) * 2020-06-23 2020-09-08 浙江固微科技有限公司 一种氢气传感器及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018133053A1 (en) * 2017-01-21 2018-07-26 Southern University Of Science And Technology Graphene film and direct method for transfering graphene film onto flexible and transparent substrates
US20190094147A1 (en) * 2017-09-27 2019-03-28 University Of Cincinnati Hydrogen sensitive films and sensors produced therefrom
CN107941755A (zh) * 2017-11-02 2018-04-20 中山大学 氢气传感器及其制备方法、实现氢气检测的方法
CN111638252A (zh) * 2020-06-23 2020-09-08 浙江固微科技有限公司 一种氢气传感器及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHAOQUN ZHENG 等: "Layer-by-Layer Assembly of ThreeDimensional Optical Functional Nanostructures", 《ACS NANO》 *
MINRUI CHEN 等: "Response Characteristics of Hydrogen Sensors Based on PMMAMembrane-Coated Palladium Nanoparticle Films", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114414485A (zh) * 2022-01-19 2022-04-29 浙江树人学院（浙江树人大学） 一种基于弹性光纤的氢气探测器
CN114414485B (zh) * 2022-01-19 2023-12-05 浙江树人学院（浙江树人大学） 一种基于弹性光纤的氢气探测器
CN114520198A (zh) * 2022-04-20 2022-05-20 南京盖特尔电子科技有限公司 用于氢敏感混合集成电路的吸氢器件及其制备方法
CN115493968A (zh) * 2022-09-22 2022-12-20 北京工业大学 一种渗透型氢气泄露报警装置

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