基于纳米颗粒增敏的高响应氢气传感器研究

摘要

随着科技的发展，氢气在众多领域得到日益广泛的使用。氢气是一种无色无味、极易燃烧的气体，因此研究一种安全的氢气传感器具有重要的价值和意义。基于电特性原理的氢气传感器在各行各业中已经得到了运用，但是由于其结构复杂，而且使用过程中可能产生电火花引起爆炸，所以在使用的场景上受到限制。光纤传感器采集的是光信号，具有本质安全、抗干扰能力强、结构简单、应用广泛等优点，很适合用于氢气浓度检测，有着巨大的应用前景。
　　反射式光纤氢气传感器的研究包含多个研究方向，包括氢敏材料吸附机理的研究、新的传感机理模型的建立、新型氢敏材料和氢敏薄膜的制备工艺、反射式传感器结构设计与优化以及传感器信号的采集与处理方法等。本文针对光纤氢气传感器研究中存在的问题，研究了钯基氢敏材料氢敏机理和吸附过程。通过纳米球体模型的研究，提出使用钯基纳米颗粒制作高响应氢气传感器。
　　本文在现有实验平台的基础上，建立了光纤束探头反射强度模型，分析了各项参数对于反射光强的影响。根据现有传感器探头结构，建立了相应的数学模型，使用MATLAB对模型进行仿真，并根据仿真结果对传感器探头结构进行优化。
　　采用液相合成法制备了纯钯和钯银纳米颗粒，使用旋涂法制成了纳米颗粒探头。通过表征手段对纳米颗粒的成分和形貌进行观察和分析。设计了相应的实验平台，测量了多个氢气浓度下传感器的响应性能，结果表明纳米颗粒氢气传感器相较于钯钇合金薄膜具有更快的响应速度，值得进一步研究。

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1 绪 论

1.1 课题来源

1.2课题研究背景

1.3氢气传感器研究状况及发展趋势

1 .4 本文的主要内容

2 纳米颗粒反射式氢气传感器建模分析

2.1钯基材料氢敏机理

2 .2钯基氢敏材料氢气吸附机理

2.3纳米颗粒和纳米球体建模

2.4 本章小结

3 基于纳米颗粒的实验平台设计

3.1反射式传感器总体结构

3.2传感器信号处理系统

3.3 光纤束探头设计和优化

3.4 本章小结

4 钯基纳米颗粒薄膜的制备和实验

4.1钯基纳米颗粒制备方法

4 .2钯基氢敏纳米颗粒薄膜制备方法和实验

4 .3钯基纳米颗粒表征

4 .4钯基纳米颗粒探头实验性能测试与分析

4.5本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献