一种用于H2原位探测的薄膜型传感器的制作方法

一种用于h2原位探测的薄膜型传感器
技术领域
1.本实用新型属于检测技术领域，具体涉及一种用于h2原位探测的薄膜型传感器。


背景技术：

2.氢气具有燃烧效率高、产物无污染等优点，被认为人类未来的理想能源之一，已被广泛应用于航空、化工、医疗、交通等领域。但氢气分子很小，在生产、储存、运输和使用过程中极易发生泄漏，且着火点仅为585℃，氢气无色无味，泄露时不能被人察觉，空气中含量在4％～75％范围内，遇明火即可发生强烈爆炸。因此，开发可用于特定环境下的氢气含量快速、准确的原位探测技术手段，对于氢气泄露、爆炸预警以及氢能源的安全和管理具有重要意义。
3.钯(pd)属于过渡金属，对氢有较高的催化活性和选择性，pd及其合金材料与氢气接触后会发生化学反应生成pdh
x
化合物，导致pd及其合金晶格结构发生畸变，进而引起电阻率变化，基于该效应可实现氢气浓度的测量。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提出一种具有优异低温响应性能、抗干扰、宽范围的用于h2原位探测的薄膜型传感器。
5.实现本实用新型上述目的的技术方案为：
6.一种用于h2原位探测的薄膜型传感器，由下至上依次包括基底、第一绝缘层、加热电极、第二绝缘层、测试电极和气敏薄膜；所述气敏薄膜的材质为镍钯合金，所述气敏薄膜的厚度为50～200nm。
7.本实用新型的一种优选技术方案为，所述基底的材质为si，所述基底的厚度为0.4～0.6mm。
8.本实用新型的一种优选技术方案为，所述基底上设置有散热腔，所述加热电极设置于所述散热腔范围内。通过对所述基底进行刻蚀处理，形成散热腔窗口，用于传感器散热。
9.本实用新型的一种优选技术方案为，所述第一绝缘层的材质为sio2，所述第一绝缘层的材质的厚度为100～200μm。
10.本实用新型的一种优选技术方案为，所述加热电极的材质为pt金属，所述加热电极为蛇形结构。
11.本实用新型的一种优选技术方案为，所述第二绝缘层的材质为sin
x
，所述第二绝缘层的厚度为100～200μm。
12.本实用新型的一种优选技术方案为，所述测试电极为叉指电极，所述叉指电极为金电极。
13.进一步优选的，所述测试电极的厚度为200～500nm。
14.本实用新型的有益效果在于：
15.本实用新型的提出的用于h2原位探测的薄膜型传感器，结构简单，容易制作；当h2气体接触薄膜传感器时，h2与薄膜氢敏材料发生反应，改变传感器电信号，其中加热电极为薄膜型传感器提供稳定的工作温度；
16.本实用新型的提出的用于h2原位探测的薄膜型传感器，对氢气有很高的敏感，检出限低，响应恢复时间短；
17.本实用新型的提出的用于h2原位探测的薄膜型传感器，具有工作温度较低、抗干扰、宽量程的优点。
附图说明
18.图1为薄膜型传感器的结构示意图。
19.图中，1为基底，2为第一绝缘层，3为加热电极，4为第二绝缘层，5为测试电极，6为气敏薄膜。
具体实施方式
20.以下以具体实施例来进一步说明本实用新型技术方案。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本实用新型，不用于限制本实用新型的范围。
21.实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。
22.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“正面”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.实施例1
25.一种用于h2原位探测的薄膜型传感器，参见图1，由下至上依次包括基底1、第一绝缘层2、加热电极3、第二绝缘层4、测试电极5和气敏薄膜6；所述气敏薄膜的材质为镍钯合金(镍钯合金中镍原子为8at％)，厚度为100nm。
26.所述基底的材质为si，所述基底的厚度为0.5mm。
27.所述第一绝缘层的材质为sio2，所述第一绝缘层的材质的厚度为100～200μm。
28.所述加热电极的材质为pt金属，所述加热电极为蛇形结构。
29.所述第二绝缘层的材质为sin
x
，所述第二绝缘层的厚度为100～200μm。
30.所述测试电极为叉指金电极，厚度为300nm。
31.实施例2
32.一种用于h2原位探测的薄膜型传感器，由下至上依次包括基底、第一绝缘层、加热电极、第二绝缘层、测试电极和气敏薄膜；所述气敏薄膜的材质为镍钯合金(镍钯合金中镍
原子为15at％)，厚度为100nm。
33.所述基底的材质为si，所述基底的厚度为0.5mm。
34.所述第一绝缘层的材质为sio2，所述第一绝缘层的材质的厚度为100～200μm。
35.所述加热电极的材质为pt金属，所述加热电极为蛇形结构。
36.所述第二绝缘层的材质为sin
x
，所述第二绝缘层的厚度为100～200μm。
37.所述测试电极为叉指金电极，厚度为300nm。
38.试验例传感器气敏性能测试
39.将实施例1中的制备的薄膜型氢气传感器放入气体传感器测试系统中进行测试，传感器的工作温度为120℃，对0.4％～2％浓度氢气进行测试，结果显示该传感器对0.4％～2％浓度氢气具有线性响应，最大响应值(ra/rg)为17.29，响应时间(t
90
)最小为30.05s，恢复时间(t
50
)最小为13.73s。
40.试验的结果表明，本实用新型的提出的薄膜型传感器对氢气有很高的敏感，检出限低，响应恢复时间短。
41.以上的实施例仅仅是对本实用新型的具体实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。


技术特征：
1.一种用于h2原位探测的薄膜型传感器，其特征在于，由下至上依次包括基底、第一绝缘层、加热电极、第二绝缘层、测试电极和气敏薄膜；所述气敏薄膜的材质为镍钯合金，所述气敏薄膜的厚度为50～200nm。2.根据权利要求1所述的用于h2原位探测的薄膜型传感器，其特征在于，所述基底的材质为si，所述基底的厚度为0.4～0.6mm。3.根据权利要求1所述的用于h2原位探测的薄膜型传感器，其特征在于，所述基底上设置有散热腔，所述加热电极设置于所述散热腔范围内。4.根据权利要求1所述的用于h2原位探测的薄膜型传感器，其特征在于，所述第一绝缘层的材质为sio2，所述第一绝缘层的厚度为100～200μm。5.根据权利要求1所述的用于h2原位探测的薄膜型传感器，其特征在于，所述加热电极的材质为pt金属，所述加热电极为蛇形结构。6.根据权利要求1所述的用于h2原位探测的薄膜型传感器，其特征在于，所述第二绝缘层的材质为sin
x
，所述第二绝缘层的厚度为100～200μm。7.根据权利要求1所述的用于h2原位探测的薄膜型传感器，其特征在于，所述测试电极为叉指电极，所述叉指电极为金电极。8.根据权利要求1所述的用于h2原位探测的薄膜型传感器，其特征在于，所述测试电极的厚度为200～500nm。

技术总结
本实用新型提供一种用于H2原位探测的薄膜型传感器，由下至上依次包括基底、第一绝缘层、加热电极、第二绝缘层、测试电极和气敏薄膜；所述气敏薄膜的材质为镍钯合金，所述气敏薄膜的厚度为50～200nm。当薄膜型传感器接触H2气体时，H2气体在气敏薄膜表面发生反应，产生电信号。该传感器对氢气有很高的敏感，检出限低，响应恢复时间短，同时具有工作温度较低、抗干扰、宽量程的优点。宽量程的优点。宽量程的优点。


技术研发人员：张晶晶 刘未杰 宁占武 赵鹏 张艳妮 刘锦华 孙芃 刘凝 贾依婷
受保护的技术使用者：北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所
技术研发日：2022.03.22
技术公布日：2022/12/12