一種基于碳納米管和鈀復合薄膜的氫氣傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及新能源敏感材料，具體涉及一種基于碳納米管和鈀復合薄膜的氫氣傳感器。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展，人民經濟水平的不斷提高，人們對于物質的需求越來越高，這就迫切要求國家工業化水平不斷提高，可持續發展戰略也被國家、民眾納入日常生活。可持續發展戰略的良好實施，其在能源領域的關鍵問題就是亟待解決的問題。隨著中東戰亂的逐漸加劇，石油資源越發不能被國家所依賴。因此，尋找理想、高燃燒效率的清潔型能源成為可持續發展的關鍵所在。
[0003]考慮頁巖氣在中國開采尚未成熟、石油、天然氣資源對外依賴巨大，氫氣由于其無污染、燃燒效率高等優點，備受人們青睞，并且也得到了廣泛開發和應用。現階段，除了工業場合的應用，譬如甲醇、氨氣(銨鹽)等化學產品的制備，對氫氣的需求越來越大，半導體行業、還原冶金行業也需求重大。隨著國家的新能源汽車戰略的推行，氫燃料電池在汽車領域的研究和應用也將會越來越廣泛。
[0004]但是，氫氣卻有致命的缺點一一極為易燃易爆。當氫氣與空氣(氧氣)混合之時，其濃度范圍為4%_96%時，極易發生爆炸。這對于使用氫氣的工業場合、汽車等會造成巨大的傷害，帶來巨大的損失。由此，發展一種用于檢測氫氣泄漏的氫氣傳感器，才能保障工業生產過程、半導體、冶金以及新能源汽車領域的用氫安全。研究響應快速、響應度高的氫氣傳感器已經成為研究氫氣傳感器領域的一個重要方向所在。
[0005]目前，氫氣傳感器的研究種類繁多，主要可以分為金屬氧化物半導體氫氣傳感器、熱電型氫氣傳感器、光學型氫氣傳感器以及電化學傳感器，每種傳感器都有各自獨特的原理，但基本原理都是敏感材料吸附氫氣后，材料電阻發生變化，通過檢測電阻的不同變化，尋找其內在的關系，從而找到最快速響應氫氣的材料。
[0006]相較而言，金屬鈀對氫氣的吸附能力最強，也就能制備出最良好性能的氫氣傳感器，但是鈀由于其本身的缺陷使得氫氣傳感器性能不能達到最優。
[0007]碳納米管可以分為多壁碳納米管和單壁碳納米管，其具有儲氫特性，在新能源領域得到了廣泛應用。又由于其載流子速率極大、散熱性能良好，因此常被用作電極、散熱材料使用。將金屬鈀與碳納米管混合的方法有許多，其中最為廣泛的是采用鈀的金屬鹽溶液為原材料，使用化學方法與碳納米管形成相應的復合物，從而實現良好的氫敏特性，擁有較高的響應度，但是其響應時間卻有待提高。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種基于碳納米管和鈀復合薄膜的氫氣傳感器，解決現有技術中，利用碳納米管制作的氫氣傳感器相應時間仍然無法滿足需求的問題。
[0009]為解決上述的技術問題，本發明采用以下技術方案:
[0010]—種基于碳納米管和鈀復合薄膜的氫氣傳感器，從內向外依次包括P型硅基底、碳納米管、金屬鈀薄膜和兩個金屬電極，其中所述碳納米管的排布方式為分縱向和橫向均勻排布，所述兩金屬電極均為條形且相互對稱的設置在金屬鈀薄膜上表面。
[00?1 ]進一步的所述金屬鈀薄膜的厚度為5nm-15nm0
[0012]進一步的所述金屬電極的厚度為150nm。
[0013]—種制備基于碳納米管和鈀復合薄膜氫氣傳感器的方法，包括碳納米管的噴涂步驟、金屬鈀薄膜的制備步驟和金屬電極的制備步驟，
[0014]所述碳納米管的噴涂步驟為:制備0.2wt %的碳納米管溶液;使用針頭抽取碳納米管溶液預噴涂I次;將制備好的條紋狀掩膜版置于P型硅表面，并放置于噴涂位置;定量噴涂碳納米管溶液，得到平行碳納米管條紋;將掩膜版順時針90度，再次噴涂碳納米管溶液；
[0015]所述金屬鈀薄膜的制備步驟為:以氬氣作為保護氣體，利用濺射工具以5w的濺射功率、0.15nm/s的濺射速率在碳納米管上濺射100秒；
[0016]金屬電極的制備步驟為:在真空度為3*10—4Pa的環境下，以8.5kv的蒸鍍電壓、280mA的電流、0.5nm/s的沉積速率，沉積150nm的厚度而成。
[0017]進一步的所述平行條紋狀掩膜版的條紋間距為250μπι，條紋數為22條，噴涂工具利用氮氣作為載氣將0.2wt%碳納米管溶液進行噴涂。
[0018]進一步的，所述金屬鈀薄膜設置在碳納米管上后氮氣氛圍下，300°C退火12小時。
[0019]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0020]本發明采用的紋碳納米管可以有效的改善金屬鈀膜的吸氫性能，減少氫氣傳感器的響應時間、提高氫氣傳感器的響應度；同時，器件的選擇性也得到保證;此外，本發明可以在室溫條件下工作;并且，器件制備工藝簡單，易于大規模生產。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明一種基于碳納米管和鈀復合薄膜的氫氣傳感器的截面示意圖。
[0022]圖2為本發明一種基于碳納米管和鈀復合薄膜的氫氣傳感器的俯視圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0024]圖1和圖2示出了本發明一種基于碳納米管和鈀復合薄膜的氫氣傳感器的一個實施例:一種基于碳納米管和鈀復合薄膜的氫氣傳感器，從內向外依次包括P型硅基底4、碳納米管3、金屬鈀薄膜2和兩個金屬電極I，其中所述碳納米管3的排布方式為分縱向和橫向均勻排布，所述兩金屬電極I均為條形且相互對稱的設置在金屬鈀薄膜2上表面。
[0025]所述金屬鈀薄膜具有對氫氣響應極其迅速、響應度高，其響應時間不會超過10s，響應度不會小于10%，并且其工作溫度是室溫，此外，器件具有良好的選擇性，實驗測試器件對二氧化氮、氧氣、一氧化氮、