一种钛丝基结构的氢气传感器及其制备方法技术

本发明专利技术属于氢气传感器设计及制备领域，提供一种钛丝基结构的氢气传感器及其制备方法；该氢气传感器包括绝缘衬底、绝缘支撑块及氢传感模块，氢传感模块以钛丝为基底、由钛丝基底表面依次设置TiO2纳米管及Pd纳米团簇构成，氢传感模块中间为氢气敏感区、两端为电极区，电极区涂覆有银胶、作为电极，银胶表面缠绕导线；氢传感模块两端分别通过绝缘支撑块固定于绝缘衬底上，使氢气敏感区悬空。本发明专利技术采用钛丝作为基底材料，所用材料较少、能够降低成本，体积较小、质量较轻，便于携带；从结构上讲，两电极之间的TiO2纳米管材料较少，基电阻较小，使得传感器灵敏度更高；本发明专利技术提供其制备方法，工艺简单、制备成本低，利于工业化生产。

Hydrogen sensor and its preparation method for titanium basal structure

The invention belongs to the field of preparation of design and production of hydrogen sensor, provide hydrogen sensor and preparation method of a titanium basal structure; the hydrogen sensor includes an insulating substrate, the insulating support block and the hydrogen sensing module, hydrogen sensing module with titanium wire substrate surface by titanium wire substrate is sequentially provided with TiO2 nanotubes and Pd nanoclusters a hydrogen sensor module for both ends of intermediate hydrogen sensitive region, electrode area, electrode coated with silver and silver as electrode, rubber surface winding wire; hydrogen sensor module are respectively fixed on the insulating support block on an insulating substrate through the hydrogen sensitive area of vacant. The invention adopts the titanium wire as the base material, the material is less, can reduce cost, smaller volume, lighter weight, easy to carry; structurally, TiO2 nanotube material less between the two electrodes, base resistance is small, so that the sensor sensitivity is high; the invention provides the preparation method, simple process and system low cost, suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种钛丝基结构的氢气传感器及其制备方法
本专利技术属于氢气传感器设计及制备领域，具体提供一种钛丝基结构的氢气传感器及其制备方法。
技术介绍
目前，氢气作为新能源在能源系统中的地位越来越重要。因为其易燃易爆的特性，在氢气利用和存储的过程中，需要氢气传感器检测来保证人们的生产生活安全。按照工作原理不同，氢气传感器主要分为电化学型氢气传感器，光纤型氢气传感器，热导型氢气传感器。灵敏度高、响应时间短、稳定性高、结构简单是氢气传感器研究者的迫切目标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于追求
技术介绍
中提出的目标，提供一种钛丝基结构的氢气传感器及其制备方法；该氢气传感器以钛丝作为基底，能够有效减少材料量、从而降低成本，体积小、质量轻、便于携带，并且能够显著提高氢气传感器灵敏度；同时，本专利技术提供其制备方法，工艺简单、制备成本低，利于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种钛丝基结构的氢气传感器，包括绝缘衬底、绝缘支撑块及氢传感模块，其特征在于，所述氢传感模块以钛丝为基底、由钛丝基底表面依次设置TiO2纳米管及Pd纳米团簇构成，所述氢传感模块中间为氢气敏感区、两端为电极区，所述电极区涂覆有银胶、作为电极，银胶表面缠绕导线；所述氢传感模块两端分别通过绝缘支撑块固定于绝缘衬底上，使氢气敏感区悬空。上述钛丝基结构的氢气传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.钛丝预处理，首先采用清洁剂清洗钛丝表面、并进行取直，然后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水分别对其进行超声清洗10～15min，最后放入干燥箱中干燥30～40min；步骤2.制备TiO2纳米管，将钛丝作为阳极、铂片作为阴极，在室温下进行阳极氧化、氧化时间为2～4h、阳极电压为40～60伏，制备得TiO2纳米管；然后，将制备得TiO2纳米管在500℃下退火2～3h；步骤3.溅射Pd纳米团簇，采用直流磁控溅射法在退火后TiO2纳米管表面溅射一层Pd纳米团簇，形成氢传感模块；步骤4.引电极，将银胶均匀涂覆于氢传感模块两端电极区表面，再将导线缠绕与银胶层上；步骤5.在经步骤4的氢传感模块的两端分别放置绝缘支撑块，并用胶将其固定于绝缘衬底上，即制备得所述氢气传感器。进一步的，所述步骤2中，电解液组分为：氟化氨(NH4F)(0.2％～1％)、乙二醇[(CH2OH)2](70％～85％)、去离子水5％～15％)。所述步骤3中，直流磁控溅射的工艺参数为：以Pd作为靶材，在真空度为6～8×10-4pa时，通入氩气0.3～0.8pa，溅射速率为溅射时去间为150～250s，溅射功率为25～35W。本专利技术中，绝缘衬底可以选用绝缘性玻璃片，绝缘支撑块可以选择电极区的中心为支点，使得氢气敏感区悬空，确保氢气敏感区能够与气体充分接触。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种钛丝基结构的氢气传感器及其制备方法，氢气传感器采用钛丝作为基底材料，相对于钛片基底的氢气传感器，所用材料较少、能够降低成本，体积较小、质量较轻，便于携带；同时，从结构上讲，两电极之间的TiO2纳米管材料较少，使得基电阻较小，进而使得传感器响应时更灵敏，即灵敏度更高；传感器采用绝缘衬底，增加了稳定性。另外，本专利技术提供其制备方法，工艺简单、制备成本低，利于工业化生产。附图说明图1为本专利技术钛丝基结构的氢气传感器的结构示意图，其中，1为氢气敏感区，2为电极区(整个柱面结构涂有银胶)，3为导线，4为绝缘支撑块，5为绝缘性玻璃片衬底。图2为本专利技术钛丝基结构的氢气传感器的氢气敏感区截面图，其中，6为Pd纳米团簇，7为TiO2纳米管，8为钛丝。图3为本专利技术实施例1钛丝基底上制备TiO2纳米管的截面图。图4为本专利技术实施例1中氢气传感器的响应曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例1本实施例提供一种钛丝基结构的氢气传感器，其结构如图1所示，包括绝缘性玻璃片衬底5、绝缘支撑块4及氢传感模块，所述氢传感模块以钛丝8为基底、由钛丝基底表面依次设置TiO2纳米管7及Pd纳米团簇6构成，如图2所示；所述氢传感模块中间为氢气敏感区1、两端为电极区2，所述电极区2涂覆有银胶、作为电极，银胶表面缠绕导线3；所述氢传感模块两端分别通过绝缘支撑块4固定于绝缘性玻璃片衬底5上，使氢气敏感区悬空。上述钛丝基结构的氢气传感器的制备方法，具体包括以下步骤：取直径为0.2mm的钛丝，长度约5cm，经丙酮、乙醇、去离子水各超声处理15min，将钛丝作为阳极材料，铂片作为阴电极，电解液组分为：0.5g氟化氨、20ml去离子水、159.56ml乙二醇，在常温条件下进行阳极氧化，阳极氧化电压为60伏，阳极氧化时间为4h；阳极氧化结束后，将样品放入乙醇溶液超声处理10s，分解掉表面的有机物；然后将处理后的样品放入干燥箱中进行干燥；接下来，将样品放入马弗炉内，500℃条件下，退火3小时；将上述样品放置于磁控溅射腔内，以Pd作为靶材，在真空度为7.8×10-4pa时，通入氩气0.5pa，溅射速率为溅射时去间为200s，溅射功率为30W；首先对样品的一面溅射，随后对样品的另一面进行溅射；截取溅射样品2cm，中间1.5cm留作氢气敏感区，两端各0.25cm为电极区，将银胶均匀涂在电极区的整个柱面结构，将导线缠绕在银胶层上，并以此中心为支撑点悬空固定在2cm*2cm*1mm的绝缘玻璃片上，样品敏感区距离玻璃约8mm。对上述氢气传感器进行相应测试，钛丝基底上制备TiO2纳米管的截面图如图3所示，氢气传感器的响应曲线如图4所示，从图中可以看到，该专利技术在低氢浓度有较高的灵敏度，且恢复性较好。以上所述，仅为本专利技术的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛丝基结构的氢气传感器，包括绝缘衬底、绝缘支撑块及氢传感模块，其特征在于，所述氢传感模块以钛丝为基底、由钛丝基底表面依次设置TiO2纳米管及Pd纳米团簇构成，所述氢传感模块中间为氢气敏感区、两端为电极区，所述电极区涂覆有银胶、作为电极，银胶表面缠绕导线；所述氢传感模块两端分别通过绝缘支撑块固定于绝缘衬底上，使氢气敏感区悬空。

【技术特征摘要】
1.一种钛丝基结构的氢气传感器，包括绝缘衬底、绝缘支撑块及氢传感模块，其特征在于，所述氢传感模块以钛丝为基底、由钛丝基底表面依次设置TiO2纳米管及Pd纳米团簇构成，所述氢传感模块中间为氢气敏感区、两端为电极区，所述电极区涂覆有银胶、作为电极，银胶表面缠绕导线；所述氢传感模块两端分别通过绝缘支撑块固定于绝缘衬底上，使氢气敏感区悬空。2.按权利要求1所述钛丝基结构的氢气传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.钛丝预处理，首先采用清洁剂清洗钛丝表面、并进行取直，然后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水分别对其进行超声清洗10～15min，最后放入干燥箱中干燥30～40min；步骤2.制备TiO2纳米管，将钛丝作为阳极、铂片作为阴极，在室温下进行阳极氧化、氧化时间为2～4h、阳极电压为40～60伏，制备得TiO2纳米管；然后，将制备得TiO2纳米管在50...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏雄邦，吕国栋，庞韩英，杨俊杰，毛盛，吴双红，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51