基于钯基低维纳米结构增敏的光纤氢气传感器研究

发布时间：2017-12-19 04:04

  本文关键词：基于钯基低维纳米结构增敏的光纤氢气传感器研究

  更多相关文章： 光纤传感器 反射式传感器 氢气传感器 钯钇合金薄膜 钯基纳米颗粒

【摘要】：光纤氢气传感器因其本质安全、抗干扰能力强、信号传输距离远及体积小巧等优势,是目前各种类型氢气传感器中的研究热点,在军用民用领域都有着极大的应用前景和商业价值。受限于氢敏材料响应性能,目前已提出的各种光纤氢气传感器难以满足实际测量需求。随着微加工技术的不断进步以及低维纳米材料合成方法的深入研究,光纤氢气传感器的一些特性得到明显改善,如响应速率和灵敏度,然而新工艺新材料仍存在长期稳定性、抗老化性、抗温飘零漂等亟待解决的关键问题。本论文针对该领域目前存在的问题,进行了如下研究:(1)提出了氢气在钯基材料表面吸附、亚表面层交换到体相扩散的数学模型。利用数值求解方法,在该模型基础上分析了不同温度、氢分压、渗透深度及渗透速率对薄膜和球形颗粒两种典型纳米结构的饱和响应速率的影响。研究表明在纳米尺度下材料表现出明显的尺寸效应,由于体相中的扩散时间显著缩短使得饱和响应时间大大减小。(2)采用磁控溅射法制备了30nm厚度的Pd92Y8复合薄膜,采用多种表征手段对薄膜表面形貌、成分及结晶状态进行了研究。得到的薄膜具有光滑的表面和良好的晶态。分析了敏感薄膜在室温空气环境下长期工作性能下降的因素,并针对老化薄膜提出了一种热处理恢复工艺。(3)采用液相合成法制备了5nm直径的纯钯和钯银纳米颗粒,并通过旋涂法沉积于基片。表征分析说明通过这种方法可以获得粒径分布均匀,分散性好的纳米级颗粒。采用这种工艺可以进行掺杂合成钯基复合颗粒以调控敏感材料性能。(4)基于仿真分析,环境温度波动会影响敏感材料的饱和氢溶解度,进而对传感器响应幅值造成扰动。本文针对温度提出了一种用于补偿温度波动的双光路,以及可以对反射光强进行微调的传感器探头设计方案,通过实验验证了该传感器系统的合理性。为了提高传感器精度,设计了基于T型网络的低噪声前置放大电路,采用NI采集卡采集,并用软件实现了数据的补偿算法。(5)在实现了反射式光纤氢气传感器基础上,对基于钯钇纳米薄膜和钯基纳米颗粒的两种传感器氢敏响应性能进行了实验分析。实验结果表明,纳米薄膜在空气环境下老化后的响应性能大大降低,而通过热处理工艺可以一定程度恢复对氢气的敏感度,提高传感器的稳定性并抑制漂移。验证了液相合成的纳米颗粒可用于反射式光纤氢气传感器系统。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王可舜;石红瑞;;用DCS实现氢气提纯的自动控制[J];石油化工自动化;2009年02期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 纪志愿;周琴;;氢气在能源领域发展中的作用[A];2013年年会暨工业气体供应技术论坛论文集（上海）[C];2014年

2 王悦;;膜法氢气提纯技术在茂名3#制氢装置的应用[A];炼厂制氢、废氢回收与氢气管理学术交流会论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 记者 王卫;大连石化回收氢气增效益[N];中国石油报;2014年

2 蔡威;合同引纠纷 企业被“黑”200万元[N];乐山日报;2008年

3 张巍巍;薄膜装置能生产99%纯度氢[N];科技日报;2011年

4 特约记者 彭展 通讯员 罗巍;巴陵石化：国内最长氢气输送管线投用[N];岳阳日报;2014年

5 记者 彭德倩;为燃料电池车送上“经济餐”[N];解放日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 李保军;多股炼厂气分组分梯级回收流程的研究[D];大连理工大学;2016年

2 宋涵;基于钯基低维纳米结构增敏的光纤氢气传感器研究[D];华中科技大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张延华;电石法PVC生产中的氢气回收[D];天津大学;2013年

2 段佳辉;某炼厂氢气网络的夹点分析与优化[D];大连理工大学;2016年

3 匡兰华;风险评估技术在氢气提纯装置上的应用研究[D];上海交通大学;2012年

4 陈广飞;炼油厂氢气网络系统优化研究[D];大连理工大学;2011年

5 邱若磐;炼油厂氢气资源优化利用研究[D];大连理工大学;2003年

6 刘军;镇海炼化氢气网络优化研究[D];浙江大学;2004年

7 张毅;炼油厂氢气网络集成技术的研究[D];浙江大学;2003年

8 王文鑫;炼厂氢气资源利用网络的优化研究[D];华东理工大学;2012年

9 李闻杰;炼油厂氢气网络优化[D];华东理工大学;2012年

10 王中文;PSA氢气提纯单元工艺条件的研究与优化[D];大庆石油学院;2005年

，

本文编号：1306790