低温氢气传感元件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温氢气传感元件及其制备方法，包括：检测基板，所述检测基板上涂覆有传感材料，所述传感材料内分布有Pt的单原子结构，传感材料的电导率随氢气浓度的变化而变化。本发明专利技术提供了一种全新的低温氢气传感元件来对氢气浓度进行检测，通过在检测基板上涂覆内部分布Pt的单原子结构的传感材料，通过Pt的单原子对氢气有较高灵敏度响应，使得通过检测基板的电导率反映氢气浓度，在低温条件下，本发明专利技术的氢气传感元件能够稳定工作，同时本发明专利技术的低温氢气传感元件成本低，能够长时间使用，受外界环境影响小，检测结果更加稳定可靠。检测结果更加稳定可靠。检测结果更加稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】
低温氢气传感元件及其制备方法


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种低温氢气传感元件及其制备方法。

技术介绍

[0002]煤矿井下的工作环境中，井下释放的氢气会在密闭空间内聚积，构成气体爆炸的安全隐患；同时对于选矸机器人、皮带传送电机等设备，长期积累下，氢气还会引起材料氢脆甚至造成设备部件失效。为准确评估特殊环境中氢气的危害，需要对氢气浓度进行长期的监测。对于现有氢气监测技术手段来说，包括了热导法、红外光谱吸收法、催化燃烧法、金属半导体传感法等。其中热导法较适用于高浓度监测，当氢气浓度较低时，热导法灵敏度很低；对于红外光谱法，其受井下水气、粉尘影响较大；对催化燃烧法而言，其工作温度较高，稳定性差；对于金属半导体法，其结构简单、灵敏度高，但现有的水平的半导体传感器工作温度也较高，不太适用于井下氢气的长期稳定安全监测。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0004]为此，本专利技术提出一种低温氢气传感元件及其制备方法，该低温氢气传感元件具备低温工作、长期工作稳定性、低金属负载量、低成本的优点。
[0005]根据本专利技术实施例的低温氢气传感元件，包括：检测基板，所述检测基板上涂覆有传感材料，所述传感材料内分布有Pt的单原子结构，传感材料的电导率随氢气浓度的变化而变化。
[0006]根据本专利技术一个实施例，所述传感材料还包括碳纳米管粉末，Pt的单原子结构负载在碳纳米管粉末上。
[0007]根据本专利技术一个实施例，所述检测基板为叉指电极的基板。
[0008]根据本专利技术一个实施例，一种制备方法，用于制备上述的低温氢气传感元件，包括以下步骤，步骤一：将氯铂酸、葡萄糖、碳纳米管粉末和水在室温下进行超声分散混合；步骤二：进行干燥处理得到前驱体粉末；步骤三：向前驱体粉末内加入一定量的三聚氰胺粉末，并混合均匀；步骤四：在一定温度下进行热解从而制备单原子材料。
[0009]根据本专利技术一个实施例，还包括步骤五：向单原子材料内加入松油醇和聚乙基纤维素，将获得的浆料涂覆在检测基板上形成传感材料。
[0010]根据本专利技术一个实施例，步骤一中超声时间为1小时。
[0011]根据本专利技术一个实施例，步骤二中干燥的温度为80℃。
[0012]根据本专利技术一个实施例，步骤三中前驱体粉末与三聚氰胺粉末的质量比为1:3。
[0013]根据本专利技术一个实施例，步骤四中热解温度为600℃。
[0014]根据本专利技术一个实施例，步骤五中涂覆后形成的传感材料厚度均匀。
[0015]本专利技术的有益效果是，本专利技术提供了一种全新的低温氢气传感元件来对氢气浓度进行检测，通过在检测基板上涂覆内部分布Pt的单原子结构的传感材料，通过Pt的单原子
对氢气有较高灵敏度响应，使得通过检测基板的电导率反映氢气浓度，在低温条件下，本专利技术的氢气传感元件能够稳定工作，同时本专利技术的低温氢气传感元件成本低，能够长时间使用，受外界环境影响小，检测结果更加稳定可靠；本专利技术利用碳纳米管的特殊的管道结构以及多层碳纳米管之间的层隙，制备出负载在碳纳米管粉末上的Pt的单原子结构，制备过程简单可靠，制备成本低。
[0016]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
[0017]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0018]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0019]图1是含有Pt纳米颗粒的氢气传感元件的电阻变化图；
[0020]图2是本专利技术含有Pt单原子的低温氢气传感元件的电阻变化图；
[0021]图3是本专利技术的传感材料的X射线衍射图谱；
[0022]图4是本专利技术的传感材料的HAADF
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STEM分析图。
具体实施方式
[0023]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0024]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0025]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0026]下面参考附图具体描述本专利技术实施例的低温氢气传感元件及其制备方法。
[0027]如图1和图4所示，根据本专利技术实施例的低温氢气传感元件，包括：检测基板，检测基板上涂覆有传感材料，传感材料内分布有Pt的单原子结构，传感材料的电导率随氢气浓度的变化而变化。进一步地，传感材料还包括碳纳米管粉末，Pt的单原子结构负载在碳纳米管粉末上。
[0028]在本实施例中，检测基板为叉指电极的基板。
[0029]在30℃的温度下，分别对含有Pt纳米颗粒的氢气传感元件和含有Pt单原子的低温氢气传感元件通入10％氢气测试。
[0030]从图1可以看出，Pt纳米颗粒的电阻元件的电阻快速下降，随后趋于稳定，便不对氢气产生响应，因为Pt纳米颗粒在常温空气中吸附氧形成Pt
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O化合物，首次通入的氢与氧反应，使得氢敏材料的载流子
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电子数量增多，从而电阻下降。从图2可以看出，本专利技术的Pt单原子电阻元件在通氢时，电阻没有下降反而上升，对氢气产生较高灵敏度响应；另外，通过电阻变化和仪器分析结果，此条件下对应氢浓度探测下限约为5
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10ppm。
[0031]本专利技术还公开了一种制备方法，用于制备上述的低温氢气传感元件，包括以下步骤，步骤一：将氯铂酸、葡萄糖、碳纳米管粉末和水在室温下进行超声分散混合；步骤二：进行干燥处理得到前驱体粉末；步骤三：向前驱体粉末内加入一定量的三聚氰胺粉末，并混合均匀；步骤四：在一定温度下进行热解从而制备出单原子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温氢气传感元件，其特征在于，包括：检测基板，所述检测基板上涂覆有传感材料，所述传感材料内分布有Pt的单原子结构，传感材料的电导率随氢气浓度的变化而变化。2.根据权利要求1所述的低温氢气传感元件，其特征在于，所述传感材料还包括碳纳米管粉末，Pt的单原子结构负载在碳纳米管粉末上。3.根据权利要求1所述的低温氢气传感元件，其特征在于，所述检测基板为叉指电极的基板。4.一种制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1
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3中任一所述的低温氢气传感元件，包括以下步骤，步骤一：将氯铂酸、葡萄糖、碳纳米管粉末和水在室温下进行超声分散混合；步骤二：进行干燥处理得到前驱体粉末；步骤三：向前驱体粉末内加入一定量的三聚氰胺粉末，并混...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振，周李兵，张袁浩，张清，陈晓晶，张海庆，颜培宇，
申请(专利权)人：中煤科工集团常州研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：