[发明专利]一种在升温模式下工作的电阻型金属薄膜氢气传感器

说明书

本发明公开了一种在升温模式下工作的电阻型金属薄膜氢气传感器，包括：升温平台；设置在所述升温平台上的加热装置；设置在所述升温平台上的金属薄膜敏感电极，其中通过控制所述加热装置，使所述金属薄膜敏感电极的工作温度设定在50℃到100℃的范围内，从而，显著提高氢气传感器的响应速度和灵敏度。

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，具体而言，本发明涉及一种在升温模式下工作的电阻型金属薄膜氢气传感器。

背景技术

为了解决环境污染、能源短缺问题，人类寻找和开发了诸多新能源，其中，氢能由于其清洁、可再生的特点具有很大的发展潜力。随着氢气的广泛使用，氢气操作的安全性也变得越来越重要。

常温常压下，氢气是一种易燃易爆的气体，在空气中的爆炸范围为4％-75.6％，其无色透明，无臭无味，渗透力很强，在生产、使用、储存、运输过程中极易泄漏且难以察觉。因此，研究安全可靠、价格低廉、响应快、灵敏度高、寿命较长的微氢气传感器具有十分重要的意义。

研制氢气传感器的关键问题之一是氢气敏感材料的选择及其敏感元件的制备。目前国内外研究的许多氢气传感器采用的敏感材料是ZnO、SnO₂等金属氧化物，虽然这些材料成本低、响应速度快，但是由于对还原性气体普遍存在响应，所以其选择性差。而且，这类传感器工作温度通常在300℃以上的高温，功耗大且不安全。

针对钯膜或者钯合金膜作为敏感层的氢气传感器的研究已经取得较广泛的关注和较多的成果，钯等金属膜对氢气具有选择性，且室温下即可响应氢气，发生电阻变化，也被用于制作氢气传感器的敏感电极。但是，之前此类氢气传感器几乎都是在室温下工作，没有对不同温度下的响应进行对比，也没有报道过类似的升温模式下工作的金属薄膜氢气传感器(“Hydrogen sensors-A review”,Sensors and Actuators B,2011,157(2):329-352.)。而室温下连续纯钯膜氢气传感器响应时间超过20分钟(“Palladium-silver thinfilm for hydrogen sensing”,Sensors and Actuators B,2007,123(1):101-106.)，其响应速度慢、灵敏度低等问题导致很难满足大多数环境的检测要求。

因此，本领域需要进一步提高氢气传感器的响应速度、灵敏度，同时简化氢气传感器复杂度。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有钯膜、铂膜等在室温下对氢气响应/恢复速度慢，灵敏度低等的缺点，小幅升高金属薄膜氢气传感器工作温度，使其性能得到大幅提升。

根据本发明的一个方面，提供一种在升温模式下工作的电阻型金属薄膜氢气传感器，包括：

升温平台；

设置在所述升温平台上的加热装置；

设置在所述升温平台上的金属薄膜敏感电极，其中通过控制所述加热装置，使所述金属薄膜敏感电极的工作温度设定在50℃到100℃的范围内。

在本发明的一个实施例中，所述金属薄膜敏感电极的材料是铂、钯、钯系合金或铂系合金。

在本发明的一个实施例中，所述金属薄膜敏感电极的形状为弯折形，线宽为10微米，厚度为150纳米。

在本发明的一个实施例中，该升温模式下工作的电阻型金属薄膜氢气传感器还包括覆盖所述加热装置的绝缘层，其中所述金属薄膜敏感电极设置在所述绝缘层上。

在本发明的一个实施例中，所述加热装置围绕在所述金属薄膜敏感电极的周围。

在本发明的一个实施例中，所述升温平台在金属薄膜敏感电极下方的区域具有凹槽或镂空结构。