[实用新型]氢气选择性气敏元件

说明书

技术领域

本实用新型属于金属氧化物半导体气敏元件技术领域，具体涉及一种选择性氢气气敏元件。 

背景技术

氢气一种重要的工业气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用，同时也是一种理想的二次能源。氢气无色、无味、无臭、易燃，在空气中含量为4％～74％(体积)时，即形成爆炸性混合气体。氢气发生泄漏是非常危险的事情，在贮藏和使用氢气的地方应该安装氢气报警器和氢气检测仪。目前国内外绝大多数气体报警器是首选半导体气敏传感器，它们是以金属氧化物半导体如SnO₂、ZnO、WO₃等为敏感材料，由于金属氧化物半导体的气敏广谱特性，以及对氢气灵敏度偏低的特性，常发生其他气体引起的误报和干扰。制备一种具有选择性、专一性的氢气气敏元件成为氢气安全使用的重要保障。 

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种低成本、快速准确、具有专一性的氢气气敏元件。 

一种氢气选择性气敏元件，采用多孔阳极氧化铝膜管作为气体过滤膜，其两端带有铝支撑管；加热金属丝穿过陶瓷管内嵌在铝支撑管内并连接加热电极；所述陶瓷管外表面涂覆金属氧化物气敏材料，所述的气敏材料连接测量电极。 

按上述方案，所述的多孔阳极氧化铝膜管孔径小于0.5nm。 

按上述方案，所述的金属氧化物气敏材料为铂掺杂的氧化锡纳米材料，平均粒径为5-100nm；铂的掺杂量为氧化锡纳米材料的0.5-5wt％。 

按上述方案，所述铝支撑管一端密封形成盲管，另外一端作为抽气口。 

按上述方案，所述加热金属丝为Ni-Cr金属丝。 

本实用新型的有益效果： 

本实用新型提出了一种新的具有专一性的氢气气敏元件，该气敏元件只对氢气敏感，对其他气体无响应； 

气敏元件使用具有分子筛分效应的孔径小于0.5nm多孔阳极氧化铝膜来分离环境气体，除氢气以外的其他可燃气体都不能通过阳极氧化铝膜，位于氧化铝膜管内的金属氧化物气敏材料只能对进入膜管内的氢气产生气敏反应，因此快速准确、具有专一性。 

附图说明

图1：本实用新型氢气选择性气敏元件示意图； 

1-多孔阳极氧化铝膜；2-铝支撑管；3-加热丝；4-陶瓷管；5-金属氧化物气敏材料；6-加热电极；7-测量电极；8-抽气口。 

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本实用新型的技术方案，但不作为对本实用新型保护范围的限制。 

参照附图1所示，一种氢气选择性气敏元件，采用多孔阳极氧化铝膜管1作为气体过滤膜，其两端带有铝支撑管2；加热金属丝3穿过陶瓷管4内嵌在铝支撑管2内并连接加热电极6；所述陶瓷管4外表面涂覆金属氧化物气敏材料5，气敏材料5连接测量电极7。 

本实用新型中，多孔阳极氧化铝膜管的制作方法独特，过程如下： 

铝金属管外表面及两端内表面涂覆聚丙烯酸树脂；置于硫酸溶液中对内表面进行阳极氧化，然后用丙酮洗去聚丙烯酸保护膜；石蜡涂覆管两端的内、外表面，置于氯化铜和盐酸组成的混合液中除去表层未反应的金属铝；在铬酸和磷酸混合液中浸泡，最后得到通孔结构且管两端带有铝支撑管的多孔阳极氧化铝膜管。引入铝支撑管使得易碎的多孔阳极氧化铝膜管得到有效保护，增加了可靠性。 

在化学气相沉积装置上采用单原子层化学气相沉积(ALCVD)工艺，在合适的温度和气压下，SiCl₄或TiCl₄气体、惰性气体和水蒸气交替通过(10-20次循环)阳极氧化铝膜孔，使平均孔径小于0.5nm，得到氢气选择性过滤膜。优化地，多孔阳极氧化铝膜管孔径小于0.5nm。对氢气的选择性更加高。 

金属氧化物气敏材料优选为为铂掺杂的氧化锡纳米材料，平均粒径为5-100nm；铂的掺杂量为氧化锡纳米材料的0.5-5wt％。 

参照附图1所示，铝支撑管一端密封形成盲管，另外一端作为抽气口8。抽气主动增加空气流动的速度增加了本实用新型的灵敏性。 

优化地，加热金属丝为Ni-Cr金属丝。 

经过检测，本实用新型检测范围：100ppm-100000ppm(气体体积分数：1ppm＝1X10^-6)；工作温度：200℃-400℃；检测灵敏度：5-500(灵敏度定义为元件在空气中电阻与在测试气体中电阻的比值)；反应时间：小于2min；恢复时间：小于3min。 

实施例1：