本发明专利技术属于氢气检测技术领域，具体涉及一种氢敏光学元件及氢敏光学传感器。其中，氢敏光学元件，包括透光基片和附着于透光基片至少一表面的氢敏膜，氢敏膜内分布有Ag@Pd核壳型纳米颗粒，Ag@Pd核壳型纳米颗粒为Ag核之外包覆Pd壳。本发明专利技术的氢敏光学元件，在基片上附着Ag@Pd核壳型纳米颗粒构成氢敏膜，利用Pd和Ag之间的电子效应和协同作用以及核壳型纳米颗粒的较大比表面积，提高灵敏度，同时减小氢气在Pd层内的扩散距离，大大缩短响应时间，通过灵活增加搭载氢敏膜的数量来调控传感器对光信号的调制效果，从而提高传感器的准确度，扩大传感器的监测范围。大传感器的监测范围。大传感器的监测范围。
【技术实现步骤摘要】
一种氢敏光学元件及氢敏光学传感器
[0001]本专利技术属于氢气检测
，具体涉及一种氢敏光学元件及氢敏光学传感器。
技术介绍
[0002]随着工业的快速发展与化石燃料的日益消耗，环境污染及能源紧缺现象日益严重，寻找可替代的清洁能源已成为当今社会亟需解决的问题。由于氢能量密度高、易制备获取、燃烧产物为水，对环境无污染，已成为当今最重要的清洁能源载体之一，广泛应用于生活和工业中。
[0003]氢气(H2)是一种无色无味、易燃、易爆、易泄露且扩散迅速的的气体，当混合气体中H2的体积浓度达到4～75％时，极易发生爆炸。因此，在H2的制取、贮存、运输和使用等各个环节，对于H2的泄露，特别是对4％的爆炸下限以下的痕量H2进行快速、准确、安全的监测显得尤为重要。
[0004]目前，国内外市场上现有的氢敏光学传感器类型主要有半导体型、催化燃烧型、电化学型及光学型等。其中，半导体型传感器响应速度快，但在高温环境下操作存在一定的安全隐患，且无法实现精确测量；催化燃烧型传感器是通过加热到几百度，检测H2燃烧时产生的电流信号，也是在高温操作环境下工作，功耗大，易中毒，稳定性低；电化学型传感器可以检测到ppm级的H2浓度，但是环境适应性差、寿命短；光学型氢敏光学传感器利用光作为信息载体，利用搭载在传感器上的氢敏材料吸氢后物理性质的变化，对光信号进行调制，从而获得待测环境中H2浓度的相关信息，具有安全、抗电磁干扰、抗腐蚀，是危险复杂的封闭环境中进行泄露监测的一种较为理想的传感器，具有十分广泛的应用前景，但目前氢敏材料的光耦合调制能力低，制约着光学型氢敏光学传感器的灵敏度，同时由于制备工艺的不成熟，氢敏材料一致性差、不稳定，限制了光学型氢敏光学传感器的响应速度。
技术实现思路
[0005]基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本专利技术的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本专利技术的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种氢敏光学元件及氢敏光学传感器。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种氢敏光学元件，包括透光基片和附着于透光基片至少一表面的氢敏膜，氢敏膜内分布有Ag@Pd核壳型纳米颗粒，Ag@Pd核壳型纳米颗粒为Ag核之外包覆Pd壳。
[0008]作为优选方案，所述氢敏膜的厚度为100～300nm。
[0009]作为优选方案，所述透光基片为光学石英玻璃。
[0010]作为优选方案，所述Ag@Pd核壳型纳米颗粒的制备过程，包括：
[0011](1)采用有机相合成法制备Ag核；
[0012](2)采用晶种生长法在Ag核上包覆Pd壳。
[0013]作为优选方案，采用旋转涂覆将Ag@Pd核壳型纳米颗粒沉积至透光基片的表面，以
形成氢敏膜。
[0014]作为优选方案，在旋转涂覆之前，对透光基片的表面进行抛光处理。
[0015]本专利技术还提供一种氢敏光学传感器，包括外壳和如上任一方案所述的氢敏光学元件，外壳内具有密封气室，氢敏光学元件安装于密封气室之内；
[0016]外壳具有连通外界与密封气室的进气口和出气口，氢敏光学元件位于进气口与出气口之间，以使待测气样流经氢敏光学元件；
[0017]外壳具有沿光路相对分布的入光口和出光口，氢敏光学元件位于入光口与出光口之间，以使从入光口进入的入射光贯穿氢敏光学元件。
[0018]作为优选方案，所述氢敏光学元件有数块，依次沿入光口和出光口的连线方向并排等间距分布，且所有氢敏光学元件均位于进气口与出气口之间。
[0019]作为优选方案，相邻的氢敏光学元件交错分布，以与密封气室构成能使待测气样依次流经各氢敏光学元件表面的蛇形气流通道。
[0020]作为优选方案，所述外壳包括壳体和壳盖，壳体具有第一腔室，壳盖具有第二腔室；
[0021]当壳盖盖合于壳体，第一腔室与第二腔室构成密封气室；
[0022]壳体的第一腔室和壳盖的第二腔室分别具有用于安装氢敏光学元件的安装槽。
[0023]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：
[0024]本专利技术的氢敏光学元件，在基片上附着Ag@Pd核壳型纳米颗粒构成氢敏膜，利用Pd和Ag之间的电子效应和协同作用以及核壳型纳米颗粒的较大比表面积，提高灵敏度，同时减小氢气在Pd层内的扩散距离，大大缩短响应时间，通过灵活增加搭载氢敏膜的数量来调控传感器对光信号的调制效果，从而提高传感器的准确度，扩大传感器的监测范围。
[0025]本专利技术的氢敏光学传感器，实现痕量检测，灵敏度高，响应时间短，监测范围广。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例1的氢敏光学元件的结构原理图；
[0027]图2是本专利技术实施例1的氢敏光学传感器的结构爆炸图。
具体实施方式
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0029]实施例1：
[0030]如图1所示，本实施例的氢敏光学元件，包括透光基片1和分别附着在透光基片上、下表面的氢敏膜2。
[0031]其中，氢敏膜2内均匀分布有Ag@Pd核壳型纳米颗粒20，Ag@Pd核壳型纳米颗粒为在Ag核2
‑
1之外包覆Pd壳2
‑
2构成的核壳结构。
[0032]本实施例的氢敏光学元件基于Pd材料对氢气具有高选择性、氢化和脱氢的可逆性，纯Pd膜在接触氢气后会产生从α到β的相变，体积剧烈膨胀，在多次重复使用后会造成零
点漂移，稳定性差，易发生脱层和破裂，致使膜失效。Ag二十面体具有较高的对称性和卓越的催化性能，Ag和Pd之间具有独特的电子效应和协同作用，通过对Pd膜的合理掺杂Ag，能够在一定程度上抑制相变过程和零点漂移现象，提高氢敏膜的可靠性、灵敏度和重复性；核壳结构的纳米颗粒能够在保证纳米颗粒较大比表面积的同时减小氢气0在Pd层内的扩散距离，大大缩短响应时间。
[0033]本实施例采用有机相合成法制备Ag核纳米颗粒，再使用晶种生长法获得尺寸分布窄、形状均一的Ag@Pd核壳型纳米颗粒；然后采用旋转涂覆法，通过控制匀胶机的时间、转速、滴液量以及Ag@Pd核壳型纳米颗粒的浓度、粘度来控制膜层的覆盖率和厚度，实现Ag@Pd核壳纳米颗粒在透光基片上成膜。
[0034]另外，氢敏膜对光的调制能力取决于氢敏膜的厚度，氢敏膜的厚度越厚，光耦合调制能力越强，但是相应的响应速度会变慢，不适于痕量H2的快速检测，通过在透光基片的正反双面涂覆氢敏膜，在保证较快响应速度的同时，大大提高光耦合调制能力，从而提高氢敏光学传感器的灵敏度，扩大传感器的监测范围。其中，氢敏膜的厚度优选为100～300nm，可根据不同的应用需求进行确定；氢敏膜越薄，越有利于传感器的通氢响应速本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氢敏光学元件，其特征在于，包括透光基片和附着于透光基片至少一表面的氢敏膜，氢敏膜内分布有Ag@Pd核壳型纳米颗粒，Ag@Pd核壳型纳米颗粒为Ag核之外包覆Pd壳。2.根据权利要求1所述的一种氢敏光学元件，其特征在于，所述氢敏膜的厚度为100～300nm。3.根据权利要求1所述的一种氢敏光学元件，其特征在于，所述透光基片为光学石英玻璃。4.根据权利要求1所述的一种氢敏光学元件，其特征在于，所述Ag@Pd核壳型纳米颗粒的制备过程，包括：(1)采用有机相合成法制备Ag核；(2)采用晶种生长法在Ag核上包覆Pd壳。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种氢敏光学元件，其特征在于，采用旋转涂覆将Ag@Pd核壳型纳米颗粒沉积至透光基片的表面，以形成氢敏膜。6.根据权利要求5所述的一种氢敏光学元件，其特征在于，在旋转涂覆之前，对透光基片的表面进行抛光处理。7.一种氢敏光学传感器，其特征在于，包括外壳和如权利要求1
‑
6任...
【专利技术属性】
技术研发人员：何镧，薛阿喜，黄雷，王成宇，
申请(专利权)人：杭州超钜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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