Pd纳米多孔膜及Pd-Ag复合膜的制备与室温氢敏性能研究

发布时间：2017-09-09 02:05

  本文关键词：Pd纳米多孔膜及Pd-Ag复合膜的制备与室温氢敏性能研究

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【摘要】：氢气(H_2)是一种清洁能源,广泛应用于医疗、石化、电子、航空航天以及船舶等领域。但氢气是一种易燃易爆的气体,室温下在空气中的爆炸浓度极限为4.65%,因此,研究一种对氢气快速响应、安全可靠的传感器具有重要的意义。钯(Pd)是一种较好的储氢材料,也是常用的室温氢敏材料。针对传统Pd膜传感器室温下对氢气响应速度慢、易产生氢脆等问题,本文采用磁控溅射方法结合退火工艺在硅片上制备了 Pd纳米多孔膜及Pd-Ag复合膜,研究了退火温度对Pd纳米多孔膜的物相与形貌的影响,分析了 Pd纳米多孔膜的室温氢气敏感特性和响应机理。同时,也对Pd-Ag复合膜的室温氢敏特性进行了初步研究。获得的主要结果如下:1、采用磁控溅射方法结合真空退火工艺,通过控制退火温度获得不同形貌的Pd纳米多孔膜。结果表明,经过200～400℃退火后样品的物相没有变化;随退火温度的升高,Pd衍射峰的半峰宽逐渐减小,样品逐渐由Pd纳米连续膜转化为多孔膜;当温度升高至400℃时,表面粗糙度逐渐增大,获得分散的、粒径较大的Pd纳米颗粒。2、采用金属掩膜版制备间距为5 mm的Pt电极,构成简易的Pd纳米多孔膜氢气传感器。相比于未退火的Pd连续膜,Pd纳米多孔膜呈多孔结构,吸附能力更强,能加快吸放氢的速度而提高响应和回复速率,表现出更优异的室温氢敏响应,响应时间可达到12s,最大灵敏度因子相对较高达到20%,具有较好的重复性和选择性。3、在制备Pd多孔膜的基础上,采用磁控溅射方法制备了 Pd-Ag复合膜,研究了复合膜的微观结构和室温氢敏性能。结果表明,引入适量的Ag能有效改提高Pd连续膜响应速度并改善氢脆现象,获得的Pd-Ag复合膜传感器对浓度为0.8%的氢气响应时间缩短为9s,并且重复性较好,对于Pd基传感器的实际应用有重大意义。
【关键词】：Pd多孔膜 Pd-Ag复合膜 磁控溅射 响应速度 氢敏机理
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ116.2;TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 氢气传感器简介11-19
• 1.2.1 氢气传感器的类型12-17
• 1.2.2 氢气传感器的应用领域17-18
• 1.2.3 国内外氢气传感器的发展现状18-19
• 1.3 贵金属氢气传感器19-20
• 1.3.1 钯、银材料的简介19-20
• 1.3.2 钯复合膜氢气传感器20
• 1.4 本论文的研究内容20-22
• 第2章 Pd纳米多孔膜及Pd-Ag复合膜的制备与表征22-30
• 2.1 实验原材料与仪器22
• 2.2 材料的制备方法22-25
• 2.3 材料的表征方法25-29
• 2.3.1 物相分析25
• 2.3.2 形貌分析25-26
• 2.3.3 敏感响应的测试方法26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 Pd纳米多孔膜的制备与室温氢敏性能研究30-40
• 3.1 退火温度对Pd纳米多孔膜物相和形貌的影响30-32
• 3.2 Pd纳米多孔膜的室温氢敏性能32-34
• 3.3 退火温度对Pd纳米多孔膜的室温氢敏响应的影响34-36
• 3.4 不同氢气浓度对Pd纳米多孔膜氢敏响应的影响36-37
• 3.5 Pd纳米多孔膜对氢气响应的重复性与选择性37-38
• 3.6 氢气敏感机理分析38-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第4章 Pd-Ag复合膜的制备与室温氢敏性能研究40-46
• 4.1 Pd-Ag复合膜的形貌分析40-42
• 4.2 Pd-Ag复合膜的室温氢敏响应42-43
• 4.3 Pd-Ag复合膜的室温氢敏响应重复性43-44
• 4.4 Pd-Ag复合膜在不同氢气浓度下的室温氢敏响应44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 结论46-48
• 参考文献48-53
• 附录53-54
• 致谢54

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本文编号：817646