一种基于制造技术

本发明专利技术公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于AAO模板提升氢致变色薄膜氢响应性能的方法


[0001]本专利技术属于氢致变色薄膜
，涉及一种通过
AAO
模板改变氢致变色薄膜表面结构，从而达到优化氢致变色薄膜性能的方法，尤其涉及一种基于
AAO
模板提升氢致变色薄膜氢响应性能的方法
。

技术介绍

[0002]氢能是一种来源丰富
、
绿色低碳
、
应用广泛的二次能源，能帮助可再生能源大规模消纳，实现电网大规模调峰和跨季节
、
跨地域储能，加速推进工业
、
建筑
、
交通等领域的低碳化
。
作为零碳的能源载体，氢能正在得到越来越多的关注
。
[0003]然而，氢气是一种易燃
、
易扩散
、
易泄漏的气体，具有燃爆风险
。
由于氢气在空气中燃烧范围为
4.0
％～
75.6
％，最小点火能量极低，极易燃烧，氢能安全问题不容忽视，能实时监测氢气浓度
、
高灵敏度
、
高安全性的氢气传感器对于氢能产业的发展尤为重要
。
[0004]目前，市场上的氢气传感器多为半导体型和电化学型，结构复杂
、
成本高
、
易受杂质气体干扰，且测量范围窄，无法对氢气泄露后在较宽浓度范围内进行监测和安全评估
。
而光学氢气传感器的优势在于传感器件抗电磁干扰强，避免电感线与氢气直接接触，安全性高，且灵敏度和测量精度高，能够达到实时响应，具有更为广阔的应用前景
。
[0005]基于氢致变色薄膜的氢气传感器是目前光学型氢气传感器的研究方向之一，其性能优劣主要取决于氢致变色薄膜的氢敏特性
。
然而，现有镁基氢致变色薄膜的吸脱氢速率以及循环耐久性还有待进一步提升以满足氢气传感器的响应需求和耐久性需求
。
另一方面，薄膜的比表面积是影响其氢响应速率和程度的重要影响因素，而目前的氢致变色薄膜多为致密结构，比表面积较小，限制了氢响应速度的提高
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于
AAO
模板提升氢致变色薄膜氢响应性能的方法；具体而言，是通过
AAO
模板调控薄膜表面结构的方式，改进镁基氢致变色薄膜性能的方法和应用，具有操作简单，吸脱氢速度快的优点
。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种基于
AAO
模板提升氢响应性能的氢致变色薄膜，所述氢致变色薄膜包括在基底上依次设置的
AAO
模板层
、
氢敏反应层
、
催化层和保护层
。
[0009]作为优选方案，所述
AAO
模板层的厚度为
50
‑
600nm
，孔径
50
‑
1000nm
，孔间距
60
‑
1000nm。
所述
AAO
模板的孔径若过小会导致膜层团聚，使得透过率区间下降
、
吸氢时间上升；孔径大
、
孔间距小，会导致比表面积小，不利于氢气的扩散，会导致吸氢时间增加，影响所得到氢致变色薄膜的性能
。
[0010]更优选地，所述
AAO
模板层的厚度为
300
‑
600nm
，孔径
150
‑
400nm
，孔间距
400
‑
600nm
；最优选
AAO
模板层的厚度为
450nm
，孔径为
200
‑
310nm
，孔间距为
300
‑
500nm。
[0011]作为优选方案，所述氢敏反应层的材料选自镁
‑
稀土
、
镁
‑
过渡金属
、
镁
‑
过渡金属
氧化物中的任一种；
[0012]所述氢敏反应层的厚度为
10
‑
100nm。
[0013]作为优选方案，所述催化层的材料为
Pd
或含
Pd
的合金，厚度为3‑
20nm。
[0014]作为优选方案，所述保护层为氟碳膜层，厚度为
10
‑
50nm。
[0015]作为优选方案，所述基底包括石英玻璃
、
光导纤维
、
导电玻璃
、
有机玻璃
、
柔性玻璃中的任意一种
。
[0016]第二方面，本专利技术提供了一种基于
AAO
模板提升氢致变色薄膜氢响应性能的方法，包括以下步骤：
[0017]将
AAO
模板转移至基底上，然后在形成的
AAO
模板层上采用直流磁控溅射共溅射法沉积氢敏反应层，再采用直流磁控溅射的方法在氢敏反应层上沉积催化层，最后采用化学沉积法在催化层上沉积保护层，得到提升氢响应性能的氢致变色薄膜
。
[0018]作为优选方案，所述方法具体包括以下步骤：
[0019]S1、
用浓硫酸和双氧水配置
SPM
溶液，将基底置入其中并在水浴加热进行亲水处理，然后用去离子水冲洗基底并吹干，得到亲水处理后的基底；
[0020]S2、
将
AAO
模板用有机溶剂预润湿后，转移至亲水处理后的基底上，然后通过有机溶剂清洗得到的
AAO
模板层表面，完成
AAO
模板的转移；
[0021]S3、
在步骤
S2
得到的转移了
AAO
模板层的基片上，采用直流磁控溅射共溅射法在
AAO
模板层上沉积氢敏反应层，得到多孔结构的氢敏反应层
。
[0022]S4、
采用直流磁控溅射的方法在氢敏反应层上原位沉积催化层，使之步骤继承
S3
所形成的多孔结构；
[0023]S5、
采用化学气相沉积的方法在催化层上沉积保护层，即得
。
[0024]作为优选方案，步骤
S1
中，所述浓硫酸和双氧水的体积比为3：1；所述水浴加热的条件为：
75
～
85℃
下加热
50
～
70min
；
[0025]步骤
S2
中，所述有机溶剂为丙酮
。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
AAO
模板提升氢响应性能的氢致变色薄膜，其特征在于，所述氢致变色薄膜包括在基底上依次设置的
AAO
模板层
、
氢敏反应层
、
催化层和保护层
。2.
根据权利要求1所述的基于
AAO
模板提升氢致变色薄膜氢响应性能的氢致变色薄膜，其特征在于，所述
AAO
模板层的厚度为
50
‑
600nm
，孔径
50
‑
1000nm
，孔间距
60
‑
1000nm。3.
根据权利要求1所述的基于
AAO
模板提升氢致变色薄膜氢响应性能的氢致变色薄膜，其特征在于，所述氢敏反应层的材料选自镁
‑
稀土
、
镁
‑
过渡金属
、
镁
‑
过渡金属氧化物中的任一种；所述氢敏反应层的厚度为
10
‑
100nm。4.
根据权利要求1所述的基于
AAO
模板提升氢致变色薄膜氢响应性能的氢致变色薄膜，其特征在于，所述催化层的材料为
Pd
或含
Pd
的合金，厚度为3‑
20nm。5.
根据权利要求1所述的基于
AAO
模板提升氢致变色薄膜氢响应性能的氢致变色薄膜，其特征在于，所述保护层为氟碳膜层，厚度为
10
‑
50nm。6.
一种基于
AAO
模板提升氢致变色薄膜氢响应性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：将
AAO
模板转移至基底上，然后在形成的
AAO
模板层上采用直流磁控溅射共溅射法沉积氢敏反应层，再采用直流磁控溅射的方法在氢敏反应层上沉积催化层，最后采用化学沉积法在催化层上沉积保护层，得到提升氢响应性能的氢致变色薄膜
。7.
根据权利要求6所述的基于
AAO
模板提升氢致变色薄膜氢响应性能的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
S1、
用浓硫酸和双氧水配置
SPM
溶液，将基底置入其中并在水浴加热进行亲水处理，然后用去离子水冲洗基底并吹干，得到亲水处理后的基底；
S2、
将
AAO
模板用有机溶剂预润湿后，转移至亲水处理后的基底上，然后通过有机溶剂清洗得到的
AAO<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祯，王廷炎，陈娟，张轶童，彭立明，刘鑫彩，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：