钯铬合金电阻氢气传感器研究

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1、V01．18No．5载人航天第18卷第5期78MannedSpaceflight2012年9月钯铬合金电阻氢气传感器研究肖友文，谢贵久，王玉明，谢利华，曾固，钱力，宋祖殷(1中国电子科技集团公司第四十八研究所，长沙410111；2航天医学工程研究所，北京100094；3空军驻湖南军代室，长沙410110)摘要采用钯铬合金作为氢敏材料，利用离子柬技术制备薄膜式氢气传感器。测试了传感器对0-4％浓度范围氢气的敏感特性，结果显示，传感器对04％氢气浓度具有良好的线性输出特性，并表现出较高的响应灵敏度和较好的响应重复性，传感器响应信号相对强度随着温度升高减小，传感器响应

2、时间随着温度升高而减小。关键词薄膜；钯铬；氢气传感器中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1674—5825(2012)05—0078—041引言2工作原理在空间站工程中，氧气的供应主要依赖于水的气敏材料是气体传感器的关键所在，不同气敏电解。在电解制备氧气的过程中，氢气作为副产品同材料的传感性能和检测原理存在着一定的区别。气时被电解出来，电解系统可能因意外情况引起输氢敏材料的性质决定着气体传感器的工作性能，包括管道泄漏，或者电解出来的氢气进入输氧管道，进而灵敏度，重复性及使用寿命等。因此，选择气敏材料进入舱体，从而造成巨大的安全隐患。氢气传感器主是决定氢

3、气传感器性能的关键所在。氢气传感器检要用来检测电解出来的氧气流经管道中的氢气浓测氢气浓度的原理就是根据气敏材料在吸附氢气度、输氢管道氢泄漏以及舱体中的氢气浓度，保证空后物理性质或者化学性质发生变化而进行信号检间站的安全运行。测的。目前，空间站使用催化燃烧式氢气传感器对氢采用电阻检测的氢气传感器其气敏材料多为钯气浓度进行检测，由于催化燃烧式氢气传感器工作或钯合金。目前，用作氢气传感器的钯合金气敏材料温度较高(内部温度最高可达300~C～4O0)，铂丝老主要有：Pd—Ag，Pd—Ni，Pd—cr，Pd—Cu等。Cheng等[化严重，长期工作造成传感器零点漂移增大，严

4、重影报道了采用Pd—Ni薄膜作为气敏材料，采用电阻检响传感器测量精度。而薄膜式钯合金氢气传感器工测方式对其传感性能进行测试。NaKanot2~等报道了以作温度低(50~C～80~C)，钯合金电阻稳定性高，可长Pd—Mg无定形合金作为气敏材料，利用电阻检测方期稳定工作。式检测水溶液中氢气浓度的研究。Lewis[31等研究了本文报道采用钯一铬合金体系作为氢气敏感材Pd一合金吸附氢气之后的热力学性能，并对不同料，设计并制备了薄膜式钯一铬氢气传感器，并对传配比情况的Pd—Ag合金与氢气分压之间的关系作了感器氢敏I生能进行了测试。报道。LinfengZhanf1等研究了P

5、d—cr合金作为氢气收稿日期：2012—02—21；修回Et期：2012—08—09基金项目：载人航天领域预先研究项目(02010101)作者简介：肖友文(1966-)，男，高级工程师，大学本科学历，主要从事薄膜技术与器件研究工作。E-mail：xiaoyouwen@cs48．tom第5期肖友文等：钯铬合金电阻氢气传感器研究79敏感材料，制备了MIS结构氢敏器件，并对其氢敏性钯铬薄膜氢敏电阻能进行了分析研究。图1所示为采用电阻检测方式制得的钯(钯合金)氢气传感器工作原理图。H2H2H2H2H2H2H2图1钯(钯合金)电阻式氢气传感器工作原理图当钯吸附氢气后，氢气

6、分子在钯的催化作用下分解为氢原子，氢原子即与钯形成钯氢结构(Pd—H)，Pd—H结构的形成影响了Pd金属原子晶格结图2钯(钯合金)电阻式氢气传感器结构图构，从而引起Pd物理化学性质发生变化。实际应用中，可通过电阻检测的方法将这种物理化学性质的在传感器芯体表面设计制备铂加热薄膜电阻和铂测变化以电阻的形式表现出来，从而达到检测氢气浓温薄膜电阻，可实现芯片自身温度补偿。度的目的。3．2钯铬合金氢气传感器制备实际中，由于纯钯薄膜对氢气具有强烈的吸附氢气敏感元件是氢气传感器核心组成部分，因能力，当氢气浓度较高时，钯薄膜会失去对氢气的气此加工制备合格的氢气传感器敏感元件是最

7、为关键敏性能，易发生氢脆现象，并发生薄膜的脱落，因此，的步骤之一。采用离子束技术制备氢气传感器敏感以纯钯作为氢气传感器的工作寿命及重复性等都不元件。主要工艺流程如图3所示，图4所示为钯铬合理想。钯合金体系加工技术成熟，并且氢气敏感性能金薄膜型氢气传感器实物图。优越，因此，钯合金体系成为氢气传感器重要气敏材试验中，采用99．6％A10。作为基底材料。首先采料来源。本文采用钯铬合金作为氢气传感器气敏材用JM一01型精密磨抛机对陶瓷基底进行抛光，超声料，制备了氢气传感器，并对氢气传感器的气敏性能清洗后装入M781—6／UM型离子束镀膜机，镀膜前用进行了测试分析。平行束

8、源进行离子束清洗，通过光