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氢敏材料的研究进展

电子元件与材料 2006年第10期25卷 1-5页

作者：侯长军范小花范瑛唐一科重庆大学化学化工学院重庆400030 中国工程物理研究院结构力学研究所四川绵阳621000 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030

按照不同工作原理,分别介绍了电化学型、半导体型和光学型3类氢敏材料的国内外研究进展;主要讨论了掺杂等改性方法对提高半导体型和光学型氢敏材料的选择性、灵敏度等方面的影响。展望了氢敏材料的发展方向。

关键词：电子技术氢敏材料综述作用机制改性方法纳米薄膜

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三氧化钨氢敏材料的制备及其性能研究

三氧化钨氢敏材料的制备及其性能研究

作者：吴银伟武汉理工大学

学位级别：硕士

氢能具有高效、清洁、环保、可再生等优点,目前受到广泛关注。氢气同时又具有易燃易爆的特点,为了安全利用氢能,有必要研制和使用灵敏度高、工作性能稳定的氢气传感器,而制备性能优异的氢敏材料是研制氢气传感器的基础。三氧化钨(WO3)... 详细信息

氢能具有高效、清洁、环保、可再生等优点,目前受到广泛关注。氢气同时又具有易燃易爆的特点,为了安全利用氢能,有必要研制和使用灵敏度高、工作性能稳定的氢气传感器,而制备性能优异的氢敏材料是研制氢气传感器的基础。三氧化钨(WO3)是一种重要的气敏材料,该材料掺杂贵金属Pd、Pt后对氢气具有较好的敏感特性,目前国内外对WO3材料的研究非常活跃。本文采用不同方法制备了多种WO3基氢敏材料,对其形貌结构进行了表征,并借助紫外-可见分光光度计原位测试了这些样品的氢敏特性,对测试结果进行比较,探讨了WO3薄膜材料对氢气敏感的机理。本论文的主要内容和研究结果如下： (1)分别采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法制备了WO3基氢敏薄膜,并进行XRD、SEM测试,结果表明磁控溅射法制备的WO3、Pd/WO3薄膜未经热处理时均为非晶态,400℃热处理后转变为晶态,薄膜表面平整、光滑、致密;采用溶胶-凝胶法制备的、经过热处理的WO3、Pt/WO3薄膜均为晶态结构,表面粗糙度较大,且均呈疏松多孔结构。 (2)将部分WO3、Pd/WO3溅射膜经热处理转变为晶态结构,借助紫外.可见分光光度计原位测试了WO3、Pd/WO3溅射膜的氢敏特性,测试结果发现,纯WO3溅射膜在室温下对氢气几乎不具有响应性,而溅射法制备的Pd/WO3双层膜在室温下均对氢气敏感,且非晶态双层膜的气敏性均好于晶态双层膜。另外,膜厚对薄膜的气敏性也有一定的影响,在所有溅射膜样品中,Pd(30nm)/WO3(110nm)非晶薄膜的氢敏性能最佳,通入氢气后,在波长500nm处其相对透过率的变化达到52.4%。 (3)借助紫外-可见分光光度计原位测试了热处理后的WO3、Pt/WO3溶胶-凝胶膜的氢敏特性。由测试结果发现,所有溶胶-凝胶膜样品在室温下均对氢气敏感,其中Pt/WO3溶胶-凝胶膜在通入4%浓度的氢气后,在波长500 nm处其相对透过率的变化为36.6%,在波长750 nm处其相对透过率的变化达到57.1%。在氢气浓度1%～4%的范围内,Pt/WO3溶胶-凝胶膜对氢气的响应性与氢气浓度之间有近似线性关系。 (4)对W03薄膜的氢敏机理进行了讨论。认为WO3薄膜的气致变色现象由电子在W6+与W5+之间跃迁所导致。阐述了WO3薄膜掺杂的意义,给出了在采用不同方法制备薄膜时理论上的最佳掺杂含量。

关键词：三氧化钨氢敏材料磁控溅射法溶胶-凝胶法氢敏特性

光纤氢气传感器氢敏钯(Pd)薄膜材料的制备

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电工材料 2024年第4期 25-28页

作者：杨孟宇江新峰葛琪李宝峰黄浩然郑高凯李金希中国电气装备集团许继集团有限公司河南许昌461000 郑州升达经贸管理学院河南郑州451100

提出了化学镀法制备以光纤包层为基底的钯薄膜材料。经过反复多次试验,优化了化学镀钯的试验方案,在镀膜前对光纤包层进行清洗,预先进行敏化活化(S&A)能够增强非金属基底材料与钯薄膜的附着力,增强机械强度。采用光学显微镜(OM)、扫描电... 详细信息

提出了化学镀法制备以光纤包层为基底的钯薄膜材料。经过反复多次试验,优化了化学镀钯的试验方案,在镀膜前对光纤包层进行清洗,预先进行敏化活化(S&A)能够增强非金属基底材料与钯薄膜的附着力,增强机械强度。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对薄膜的物相结构、表面形貌、元素组成与含量进行了详细的表征和分析,结果显示:薄膜表面呈花菜状,增大了薄膜的表面积,加快了吸收氢气的速率;EDS分析所镀钯薄膜钯元素含量约76%~99%,镀膜效果较好。

关键词：氢敏材料钯(Pd)薄膜制备工艺性能

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氢敏硅树脂材料的制备及性能

工程塑料应用 2019年第8期47卷 43-47页

作者：申娟丁京凡双玉陈静朱晓彤北京航天试验技术研究所北京530004 北京航天雷特机电工程有限公司北京530004

基于氢安全考虑,研制出了一种遇氢可变色的氢敏检测胶带材料,其主要组分为复合硅材料基体和氢敏活性成分,通过对甲基乙烯基硅树脂和甲基MQ硅树脂进行复配形成硅胶基体,对氧化钼和钯金催化剂进行复配形成氢敏活性成分。研究表明:复合硅... 详细信息

基于氢安全考虑,研制出了一种遇氢可变色的氢敏检测胶带材料,其主要组分为复合硅材料基体和氢敏活性成分,通过对甲基乙烯基硅树脂和甲基MQ硅树脂进行复配形成硅胶基体,对氧化钼和钯金催化剂进行复配形成氢敏活性成分。研究表明:复合硅胶基体、增强增白填料中的各组分比例对硅胶基体的力学性能影响较大,氧化钼和钯金催化剂的添加量和比例可直接影响材料的变色时间,当氧化钼为3份、钯金催化剂为1份时,复合硅胶材料的氢敏性能最优。研制出的氢敏胶体具有较好的力学性能,遇氢可变色,由于硅胶具有自粘性,在使用时缠绕在监测点附近,即可检测是否有氢气的存在,可为用氢安全提供保障。

关键词：氢敏材料甲基乙烯基硅树脂甲基MQ硅树脂增强增白体系用氢安全

基于TRIZ方法改进氢敏变色活性材料监测效果

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科学技术创新 2020年第10期 5-7页

作者：孟醒李俊徐林楠张学军方涛北京航天试验技术研究所北京100176

以氢泄露原位检测为研发目标,研制出了一种遇氢可变色的活性材料。针对氢敏变色活性材料褪色过快的问题,按照TRIZ创新的步骤进行分析,提取出技术及物理矛盾,借鉴与运用发明原理及标准解,提出了改善氢敏变色活性材料监测效果的多项创新... 详细信息

以氢泄露原位检测为研发目标,研制出了一种遇氢可变色的活性材料。针对氢敏变色活性材料褪色过快的问题,按照TRIZ创新的步骤进行分析,提取出技术及物理矛盾,借鉴与运用发明原理及标准解,提出了改善氢敏变色活性材料监测效果的多项创新设计方案,成功改善氢敏变色活性材料的监测效果。研发过程表明,将TRIZ理论应用到新材料研发设计的过程中,能够提高创新的效率,快速解决开发过程中遇到的实际问题。

关键词：氢敏材料 TRIZ 发明原理

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光纤氢气传感技术(特邀)

红外与激光工程 2022年第1期51卷 370-381页

作者：李慧杨远洪北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

光纤氢气传感器采用光纤作为传光或者传感的介质,基于氢敏材料的相关理化特性实现氢气检测,具有本质安全、稳定性好、体积小、质量轻和易组网等优良特性,是目前氢气传感和光纤传感领域的研究热点。文中首先介绍了典型氢敏材料的作用机... 详细信息

光纤氢气传感器采用光纤作为传光或者传感的介质,基于氢敏材料的相关理化特性实现氢气检测,具有本质安全、稳定性好、体积小、质量轻和易组网等优良特性,是目前氢气传感和光纤传感领域的研究热点。文中首先介绍了典型氢敏材料的作用机理及特点,然后依据氢敏材料的调制机理,综述了几类典型的光纤氢气传感技术及基于受激拉曼增益或色散的新型光纤氢气传感技术,最后从传感器关键工艺及环境适应性方面分析了目前光纤氢气传感器实用化需要解决的问题,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：光纤氢气传感器氢敏材料应变调制折射率调制温度调制

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低维度纳米材料基氢气传感器研究进展

中国科技期刊数据库工业A 2015年第10期 112-112,114页

作者：景涛陈浩谢贵久龚星中国电子科技集团公司第四十八研究所湖南长沙410111

氢气作为高效洁净能源备受关注,但由于氢气易燃易爆,因此氢气的检测具有重要的学术意义和实用价值。具有独特物理化学性质、高的比表面积和优越电子特性的低维纳米材料对于开发高灵敏度、选择性和稳定性好的氢气传感器有着非常重要的意... 详细信息

氢气作为高效洁净能源备受关注,但由于氢气易燃易爆,因此氢气的检测具有重要的学术意义和实用价值。具有独特物理化学性质、高的比表面积和优越电子特性的低维纳米材料对于开发高灵敏度、选择性和稳定性好的氢气传感器有着非常重要的意义。该文介绍了低维纳米材料基氢气传感器研究的最新研究进展,主要对Pd纳米线基和碳纳米管基氢气传感器的研究作了详细的介绍,并展望了未来低维纳米材料氢气传感器的发展方向。

关键词：氢气传感器氢敏材料纳米线阵列碳纳米材料碳纳米管

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氧化石墨的制备与氢敏特性研究

氧化石墨的制备与氢敏特性研究

作者：李靖中北大学

学位级别：硕士

氢气在生活中被大量的生产和应用，无论从安全性角度，还是从经济性角度考虑，可靠和有效的监测和检测氢气在这些领域中有巨大的应用价值。研制性能良好且结构简单的氢气传感器一直是重要的课题。本论文阐述了以还原氧化石墨薄膜（rG... 详细信息

氢气在生活中被大量的生产和应用，无论从安全性角度，还是从经济性角度考虑，可靠和有效的监测和检测氢气在这些领域中有巨大的应用价值。研制性能良好且结构简单的氢气传感器一直是重要的课题。本论文阐述了以还原氧化石墨薄膜（rGO）为基础的新型化学电阻气体传感器，并对还原氧化石墨传感器的氢敏特性做了研究。在各种条件下，对还原氧化石墨进行热处理，并利用X射线衍射，傅里叶变换红外光谱，X射线光电子能谱技术研究官能团的变化分析。在还原氧化石墨薄膜没有任何稀有金属装饰的情况下，进行了氢气敏感特性研究，以及对氧化石墨薄膜制造氢气感应器的前景做了一个分析。该实验研究结果表明在70°C的大气、200°C的真空中和500°C的真空中进行还原的还原氧化石墨分别表现n型、双极和p型行为。在70°C的大气中（rGO070a）表现出非常快的响应和非常高的灵敏度，但实际使用中恢复太慢。500°C的真空中（rGO500v）表现出良好的灵敏度（ 3％），响应时间（ 100s）和恢复时间（ 10s）都很快，室温下氢气浓度为160ppm。当然，氧化石墨作为新的氢敏感材料还有很多缺点，在稳定性和选择性方面应该进行更多的研究，以提高这种材料的性能。

关键词：氧化石墨氢气传感器氢敏材料氢敏特性

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基于纳米颗粒增敏的高响应氢气传感器研究

基于纳米颗粒增敏的高响应氢气传感器研究

作者：孙雨阳华中科技大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,氢气在众多领域得到日益广泛的使用。氢气是一种无色无味、极易燃烧的气体,因此研究一种安全的氢气传感器具有重要的价值和意义。基于电特性原理的氢气传感器在各行各业中已经得到了运用,但是由于其结构复杂,而且使用过... 详细信息

随着科技的发展,氢气在众多领域得到日益广泛的使用。氢气是一种无色无味、极易燃烧的气体,因此研究一种安全的氢气传感器具有重要的价值和意义。基于电特性原理的氢气传感器在各行各业中已经得到了运用,但是由于其结构复杂,而且使用过程中可能产生电火花引起爆炸,所以在使用的场景上受到限制。光纤传感器采集的是光信号,具有本质安全、抗干扰能力强、结构简单、应用广泛等优点,很适合用于氢气浓度检测,有着巨大的应用前景。反射式光纤氢气传感器的研究包含多个研究方向,包括氢敏材料吸附机理的研究、新的传感机理模型的建立、新型氢敏材料和氢敏薄膜的制备工艺、反射式传感器结构设计与优化以及传感器信号的采集与处理方法等。本文针对光纤氢气传感器研究中存在的问题,研究了钯基氢敏材料氢敏机理和吸附过程。通过纳米球体模型的研究,提出使用钯基纳米颗粒制作高响应氢气传感器。本文在现有实验平台的基础上,建立了光纤束探头反射强度模型,分析了各项参数对于反射光强的影响。根据现有传感器探头结构,建立了相应的数学模型,使用MATLAB对模型进行仿真,并根据仿真结果对传感器探头结构进行优化。采用液相合成法制备了纯钯和钯银纳米颗粒,使用旋涂法制成了纳米颗粒探头。通过表征手段对纳米颗粒的成分和形貌进行观察和分析。设计了相应的实验平台,测量了多个氢气浓度下传感器的响应性能,结果表明纳米颗粒氢气传感器相较于钯钇合金薄膜具有更快的响应速度,值得进一步研究。

关键词：光纤氢气传感器钯基纳米颗粒反射强度模型氢敏材料纳米球体模型光纤束探头