氢传感器

采用Ni-Zr合金薄膜氢敏传感器、柔性、Ni-Zr、PDMS、薄膜，通过旋涂和直流磁控溅射制备了三层$PMMA/Ni_{64}Zr_{36}/PDMS$型氢敏传感器。PDMS (聚二甲基硅氧烷)作为柔性基底，PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)薄膜沉积在$Ni_{64}Zr_{36}$合金层上，赋予传感器较高的氢选择性。所制备的传感器在高氢浓度( 99.9 % )下的氢传感能力和响应时间均表现出20 %的电阻变化，优于常规Pd基氢传感器，难以在高氢浓度环境下使用。在氢气浓度为5 %时，电的电阻约为1.4 %，这是一种类似于$Pd_{77}Ag_{23}$传感器的电阻。尽管采用低成本的$Ni_{64}Zr_{36}$合金作为主要传感元件，但在高浓氢气气氛下仍能获得与现有Pd传感器类似的性能。通过优化包括各层厚度和Ni-Zr合金薄膜成分的氢检测灵敏度，提出的Ni-Zr基氢传感器可以替代Pd基氢传感器。

摘要\n利用非晶态钯( Pd )内纳米膜和聚二甲基硅氧烷( PDMS )外聚合物层制备的聚合物微圆柱环形谐振器( PMRR )，实现了一种高灵敏的氢气传感平台。该传感方案基于监测高质量的光学共振，称为耳语廊模式( WGMs )的光谱位移，该模式传播在PDMS层外缘附近，而不受Pd纳米薄膜引起的吸收和散射损失的影响。单模锥形光纤与PMRR耦合激发WGMs，观察到的WGMs的可逆光谱位移是由不同浓度H2作用下Pd纳米膜膨胀或收缩引起的PDMS层直径的变化引起的。以氮气( N2 )为载体，在H2浓度为1 %时，对不同厚度的Pd纳米薄膜制备的传感器进行了最大光谱位移灵敏度140 pm / % H2、最低响应时间95 s和最低检测限60 ppm的测试。在沉积后的空气或N2气氛中退火的Pd纳米薄膜也进行了实验。在这两种情况下，由于薄膜内部形成较大的晶粒，导致H在Pd层中的扩散较慢，溶解度降低，导致灵敏度降低。还研究了氧气和湿度对传感器性能的影响。

氢( H2 )传感器广泛应用于化学精炼、半导体加工、燃料电池、储氢/分离等领域，但其传感性能和使用寿命极易受到灰尘、水和湿度的污染。为了解决这一问题，本研究采用喷涂法制备了钯( Pd )纳米修饰的多壁碳纳米管( Pd- CNTs )、聚二甲基硅氧烷( PDMS )和1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷( POTS )的混合超疏水H2传感器。所制备的Pd- CNTs / PDMS / POTS传感器具有良好的导电性、优异的超疏水性能和室温下稳定的H2传感能力，空气中H2的检测范围为100 ~ 10000ppm。超疏水性能的集成使得Pd - CNTs / PDMS / POTS传感器在高湿环境下具有高度的斥水性以防止水损害、自清洁以去除粉尘污染、湿度不敏感以保持H2传感性能。更为重要的是，当超疏水性能受到化学损伤时，Pd- CNTs / PDMS / POTS传感器能够通过POTS和PDMS从本体中迁移，自发地、反复地修复其损伤的超疏水性能，保证对H2传感器的长期保护。此外，由于CNTs的电热转换能力，施加6.0 V的电压，Pd- CNTs / PDMS / POTS传感器的温度可以很容易地提高到50.1℃，大大加快了传感器的自修复过程。