氢传感器及其制造方法技术

公开氢传感器。氢传感器包括：基板；配置于所述基板上，由与氢离子或氢原子反应发生颜色变化的氧化物半导体物质形成的变色层；位于所述变色层的表面上，由将氢分子(H2)分解成氢原子(H)或氢离子(H

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢传感器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种能够通过金属氧化物的颜色变化感测氢的氢传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]氢气(H2)是一种可再生的清洁能源，是广泛应用于化学领域、燃料电池技术、汽车燃料、火箭发动机等的能量的可再生清洁能源(source)。氢气作为燃料产生高燃烧热(142kJ/g)且完全燃烧，因此作为未来能源备受关注。但氢气易挥发、易爆、易燃，因此氢气浓度超过临界值时就有危险。
[0003]氢气是一种无色无味的额可燃性气体，人的感官无法察觉。因此，氢传感器对于安全地使用氢是必不可少的。已经报道了各种方式的氢传感器，其中，对电传感器和气致变色(gasochromic)传感器的关注在增多。然而，尽管电传感器具有高感测度，但存在因电磁噪声而误动作或使用环境受到限制的问题。
[0004]另外，近年在将氢开发成各种产业领域的能源，在这种情况下，需要开发不仅检测大气中的氢，还检测溶解在液体中的氢的技术。

技术实现思路

[0005]技术问题
[0006]本专利技术的一个目的是提供一种不仅能够感测大气中以气体状态存在的氢，同时还能够感测溶解在液体内的氢的氢传感器。
[0007]本专利技术的另一目的是提供一种所述氢传感器的制造方法。
[0008]技术方案
[0009]本专利技术的实施例的氢传感器包括：基板；配置于所述基板上，由与氢离子或氢原子反应发生颜色变化的氧化物半导体物质形成的变色层；位于所述变色层的表面上，由将氢分子(H2)分解成氢原子(H)或氢离子(H
+
)的催化剂物质形成的催化剂层；以及配置成包覆所述催化剂层的表面及所述变色层的露出表面，由阻挡水分子透过但氢分子能够透过的高分子物质形成的保护膜层。
[0010]在一个实施例中，所述催化剂层可以由钯(Pd)、铂(Pt)或包含其中一种以上的合金形成。
[0011]在一个实施例中，所述催化剂层的形成厚度可以是4至4.5nm。
[0012]在一个实施例中，可通过所述基板及所述保护膜层密封所述变色层及所述催化剂层。
[0013]在一个实施例中，所述保护膜层可以由PVB(Polyvinyl Butiral，聚乙烯醇缩丁醛)形成。
[0014]在一个实施例中，所述保护膜层可形成为4.4至5.4μm厚度。
[0015]本专利技术的实施例的氢传感器的制造方法包括：在基板上沉积钨氧化物形成变色层
的步骤；在所述变色层上沉积钯或铂形成催化剂层的步骤；以及执行四至六次由通过利用PVB(Polyvinyl Butiral)溶液的旋涂工艺在所述催化剂层的上部形成PVB膜的第一步骤及在所述PVB膜上旋涂去离子水(D.I water)的第二步骤构成的循环形成包覆所述催化剂层的表面及所述变色层的露出表面的保护膜层的步骤。
[0016]在一个实施例中，所述保护膜层可形成为4.4至5.4μm厚度。
[0017]技术效果
[0018]根据本专利技术的氢传感器及其制造方法，形成为阻挡水透过但选择性地允许氢通过的由PVB(Polyvinyl Butiral)形成的保护膜层密封所述变色层及所述催化剂层，因此不仅在气态，在液态也能感测氢。
附图说明
[0019]图1为用于说明本专利技术的实施例的氢传感器的示意图；
[0020]图2a为示出实施例1[玻璃基板/变色层(WO3)/催化剂层(Pd)/保护膜层(PVB)]及实施例2[PET基板/变色层(WO3)/催化剂层(Pd)/保护膜层(PVB)]的氢传感器在液体内部的氢感测结果的图像，图2b为示出通过实施例1及2的氢传感器测量的与氢反应前及反应后测量对应波长的透过度的结果的曲线图。
[0021]图3示出实施例2的氢传感器在与氢反应后的图像及其在无氢的大气中放置10秒后的图像；
[0022]图4为示出对实施例2的氢传感器反复执行与氢气反应后恢复的过程的结果的曲线图；
[0023]图5为用于说明对应“溶液旋涂工艺后旋涂去离子水的工艺”循环的反复次数的PVB保护膜层的厚度变化的图像；
[0024]图6a为示出将分别具有分别执行一次、五次及七次“溶液旋涂工艺后旋涂去离子水的工艺”循环所形成的PVB保护膜层的实施例的氢传感器在水中浸渍1天后的结果的图像，图6b是示出使所述实施例的氢传感器在气态及液态下与氢反应后测量的反应前后色差值变化量的曲线图。
[0025]图7a及图7b为示出测量保护膜层分别由PVB、PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)、ZIF
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8(Zeolitic Imidazolate Framework，沸石咪唑酯骨架)、Al2O3形成的氢传感器的水中耐久性及颜色变化性能的曲线图。
[0026]附图标记说明
[0027]100：氢传感器
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110：基板
[0028]120：变色层
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130：催化剂层
[0029]140：保护膜层
具体实施方式
[0030]本申请中所使用的术语只是用于说明特定实施例，而并非旨在限定本专利技术。单数表述方式在无特殊说明的情况下还包括复数型表述。应该将本申请中的“包括”或“具有”等术语理解为存在说明书上记载的特征、步骤、动作、构成要素、部分或其组合，而不应理解为预先排除一个或多个其他特征或步骤、动作、构成要素、部分或其组合。
[0031]若无另行定义，本文中使用的包括技术术语或科学术语在内的所有术语均表示与本领域普通技术人员通常理解相同的意思。通常使用的词典中定义过的术语应解释为与相关技术的文章脉络相一致的意思，本申请中没有明确定义的情况下不得解释为怪异或过度形式性的意思。
[0032]图1为用于说明本专利技术的实施例的氢传感器的示意图。
[0033]参见图1，本专利技术的一个实施例的氢传感器100包括基板110、变色层120、催化剂层130及保护膜层140。
[0034]所述基板110为支撑体，能够支撑所述变色层120、催化剂层130及保护膜层140的情况下不受特殊限制。例如，所述基板110可以由高分子、玻璃、陶瓷、金属等材料形成。
[0035]所述变色层120配置于所述基板110上，可以由与氢离子或氢原子反应发生颜色变化的氧化物半导体物质形成。作为一个实施例，所述变色层120可以由钨氧化物(WO3)形成。所述钨氧化物在受到特定光学、化学刺激时氧化物本身的颜色发生变化。例如，向所述变色层120供应氢离子或氢原子的情况下，所述钨氧化物与所述氢离子或氢原子反应从而在所述变色层120内部形成氧空位，其结果，所述钨氧化物变得能够吸收近红外线区域的光，因此所述钨氧化物的颜色能够从深灰色变成深蓝色。另外，反应的所述氢离子或氢原子脱落所述钨氧化物的情况下，所述变色层120能够再次变成深灰色的初始颜色。
[0036]形成所述变色层120的方法不受特殊限制，可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氢传感器，其中，包括：基板；变色层，配置于所述基板上，由与氢离子或氢原子反应发生颜色变化的氧化物半导体物质形成；催化剂层，位于所述变色层的表面上，由将氢分子(H2)分解成氢原子(H)或氢离子(H
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)的催化剂物质形成；以及保护膜层，配置成包覆所述催化剂层的表面及所述变色层的露出表面，由阻挡水分子透过但氢分子能够透过的高分子物质形成。2.根据权利要求1所述的氢传感器，其中，所述催化剂层由钯(Pd)、铂(Pt)或包含其中一种以上的合金形成。3.根据权利要求2所述的氢传感器，其中，所述催化剂层形成为4至4.5nm厚度。4.根据权利要求1所述的氢传感器，其中，通过所述基板及所述保护膜层对所述变色层及所述催化剂层进行密封。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亨卓，韩承益，李英安，
申请(专利权)人：股份公司大贤ST，
类型：发明
国别省市：