氫氣傳感器的應用

氫氣由于其燃燒效率高、產物無污染等優點 ,與太陽能、核能一起被稱為三大新能源。作為一種新能源 ,氫氣在航空、動力等領域得到廣泛的應用;同時,氫氣作為一種還原性氣體和載氣,在化工、電子、醫療、金屬冶煉,特別在軍事國防領域有著極為重要的應用價值。但氫氣分子很小,在生產、儲存、運輸和使用的過程中易泄漏,由于氫氣不利于呼吸,無色無味,不能被人鼻所發覺,且著火點僅為 585 ℃,空氣中含量在 4%～75%范圍內 ,遇明火即發生爆炸 ,故在氫氣的使用中必須利用氫氣傳感器對環境中氫氣的含量進行檢測并對其泄漏進行監測。

 、半導體型傳感器[1] 

以電阻型半導體傳感器為例: 　主要以 sno2 , zno,wo3 等金屬氧化物為氣敏材料 ,例如:國產 qm系列氫氣傳感器就是以 sno2 作為氫氣敏感材料 ,故也稱金屬氧化物半導體氫氣傳感器。其工作原理是:當吸附氫氣后 ,氫氣作為施主釋放出電子 ,與化學吸附層中的氧離子結合 ,于是載流子濃度發生變化 ,該變化值與氫氣體積分數存在一定的函數關系。

2、熱電型傳感器

首先 ,在基片上沉積一層熱電材料 ,然后 ,在熱電材料表面的某一部分沉積一層催化金屬 ,如 , pt, pd等 ,zui后 ,分別在催化金屬層、熱電薄膜層 (表面上無催化金屬 )引出電極 ,即獲得zui為簡單的熱電型氫氣敏感元件。當此敏感元件暴露在含氫氣的環境中 在催化金屬的,作用下 ,氫氣與氧氣反應生成水蒸汽并放出熱量 ,于是 ,沉積有催化金屬的一端溫度高 ,為熱端 ,無催化金屬的一端溫度低 ,為冷端 ,由于熱電材料的熱電發電效應 (seebeck效應 ) ,將這種熱端與冷端之間的溫差轉換為溫差電勢 ,以電信號的形勢輸出 ,從而實現對氫氣的檢測。

3、光纖傳感器

由于多種固態氫氣傳感器使用的都是電信號 ,一個共同的弊端就是可能產生電火花 ,對于氫氣體積分數較高的環境來說存在極大的安全隱患。而光纖傳感器使用的是光信號 ,所以 ,適用于易爆炸的危險環境 。

氫氣傳感器的發展方向

編輯

目前 ,氫氣傳感器的選擇性、安全性、穩定性、靈敏度以及輸出信號弱等問題 ,已經得到不同程度的解決。實現氫氣傳感器的常溫工作 ,不僅提高了氫氣傳感器的安全性 ,而且 ,降低能耗 ,將是今后研究工作的重點。可以通過以下 3種途徑實現氫氣傳感器的常溫工作：1)發展光纖型氫氣傳感器 ,但必須解決其輸出信號弱、使用壽命短以及高成本等問題；2)制備納米級的氫敏材料 ,由于氫敏材料對氫氣的響應究其根本來說是一種表面作用 ,而納米材料具有很大的比表面積 ,增加了接觸響應的表面積 ,而且 ,納米材料的粒徑小 ,縮短響應時間 ,提高了響應性能；3)積極開發新的氫敏材料。