采用鈀鎳薄膜的聲表面波氫氣傳感器研究

梅盛超，王 文，雷 剛

(1.中國科學院 聲學研究所，北京 100190；2.中國科學院大學，北京 100049；3.航天低溫推進劑技術國家重點實驗室，北京 100028)

0 引言

氫能作為能源的一種形態，因其可獲得性及使用上的清潔、便利等特點，對調整能源消費結構，降低溫室氣體排放，應對氣候變化等有著重要意義，氫能技術和產業有巨大的發展空間。氫氣易燃、易爆的特點使快速監測儀器成為氫能使用中必備儀器之一。現有氫氣傳感技術主要有電化學、催化燃燒式等[1-5]，均有較好的應用特點，但仍存在響應速度慢及需要較高工作溫度導致功耗高及本身可能成為爆炸源的危險。聲表面波(SAW)氣體傳感器具有靈敏度高,快速響應,體積小,易于集成化、智能化,成本低和大批量生產的優點[6]。近年來，國內外有較多研究組開展了基于SAW氫氣傳感技術的研究，以實現快速響應和高靈敏的常溫氫氣檢測性能。A.D’Amico最早提出應用SAW技術檢測氫氣濃度，針對沉積不同厚度鈀薄膜的SAW傳感器進行實驗，以分析其敏感性、響應時間和時間穩定性與鈀薄膜厚度的關系[7]。從其實驗結果可知，只用一層金屬鈀膜作為敏感膜，傳感器的靈敏度不理想。Jakubik等采用雙層敏感薄膜，上層為金屬鈀，下層為酞菁化合物，薄膜的敏感性相比單層鈀膜有很大地提高[8]。通過改變SAW傳感器結構，傳感器的響應特性包括響應時間和幅度等也顯著提高，如Yamanaka等設計了球形傳感器，SAW沿球赤道反復傳播，使延遲時間增加，通過延遲時間來檢測氫氣濃度，實現了較快速與高靈敏的氫氣檢測[9-10]。……