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基于光纤布拉格光栅的变压器监测用氢气传感器响应时间
摘要： 我们开发并优化了一种新型光纤传感器，该传感器通过在光纤布拉格光栅（FBG）上附着钯箔来实现氢气测量。采用两种定制实验装置对15个并行制备的传感器进行了特性表征与合格性验证，测量了它们对5%氢气/氮气混合气体以及相同气体经变压器油鼓泡后的响应。两种介质中的氢气响应相似且接近理论最大灵敏度，但响应时间差异显著——油介质中的响应速度远慢于气体环境。为探究响应时间差异的成因，我们通过理论计算比较了氢气在钯中的扩散过程与钯表面的氢吸附过程，并测量了氢气通过油介质向传感器扩散及吸收的情况。结果表明：决定响应时间的关键步骤是氢气在钯表面的吸附过程，而该过程在油介质中比在纯气体环境中更为迟缓。
关键词： 氢传感器、光纤布拉格光栅（FBG）、光纤传感器、钯基传感器、油中氢扩散与吸收
更新于2025-09-23 15:22:29
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通过脉冲激光沉积法制备Pd/TiO2多孔层用于表面声波氢气传感器
摘要： 研究了脉冲激光沉积（PLD）法制备的敏感多孔薄膜对室温下表面声波（SAW）传感器氢气响应的影响。在SAW传感器的石英基底上分别沉积了TiO?单层膜和Pd/TiO?双层膜。通过调节PLD沉积腔室中的氧气与氩气压力，获得了不同形貌的敏感薄膜（基于扫描电子显微镜图像分析）。所实现的SAW传感器具有不同孔隙度等级，并在不同氢气浓度下进行了测试。证实高孔隙度薄膜与双层结构能产生更大的频率偏移，且可在更低浓度下进行检测。其中性能最佳的Pd-1500/TiO2-600传感器（TiO?沉积压力600 mTorr，Pd沉积压力1500 mTorr）在2%氢气浓度下呈现1.8 kHz的频率偏移，灵敏度为0.10 Hz/ppm，检测限（LOD）达1210 ppm。此类基于多孔薄膜的SAW传感器不仅能检测氢气，还能检测其他气体（室温条件下），且通过PLD方法可便捷开发这类敏感多孔纳米结构薄膜。
关键词： 双层薄膜、脉冲激光沉积（PLD）、钯、氢传感器、表面声波（SAW）、Pd/TiO?、多孔形貌、二氧化钛
更新于2025-09-23 15:19:57
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镀钯氧化锌纳米棒光纤用于氢气传感
摘要： 研究人员开发了一种新型氢气（H2）传感器，该传感器采用酸蚀光纤并涂覆氧化锌（ZnO）纳米棒制成。通过对比有无钯（Pd）修饰的酸蚀光纤-ZnO纳米棒复合结构，评估了传感性能。常规直径125微米的光学单模光纤（SMF）经氢氟酸（HF）蚀刻至11微米直径后作为传感平台，以增强光纤芯内传播光的倏逝场效应。采用种子层溶液法和生长溶液法，通过水热工艺在蚀刻光纤表面制备ZnO纳米棒涂层。利用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）和X射线衍射（XRD）对传感层的ZnO特性进行表征。通过磁控溅射技术在ZnO纳米棒表面沉积钯催化剂以提升氢气检测灵敏度。该传感器在150°C工作温度下，对合成空气中1%浓度氢气的响应信号产生6.36 dBm增幅。经不同氢气浓度测试发现：基于输出功率-时间曲线，钯修饰传感器的性能显著优于未修饰样品。当工作温度为150°C、氢气浓度为0.75%时，酸蚀光纤-ZnO纳米棒-Pd修饰结构展现出最佳响应时间（6分钟）与恢复时间（5分钟）。结果表明该光纤传感器在氢气检测性能方面较传统电学传感器具有明显优势。
关键词： 氧化锌纳米棒，光纤蚀刻，水热法，光强响应，氢传感器，光纤传感器
更新于2025-09-19 17:13:59
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光纤纳米锥上制备的功能化PdAu合金用于氢气传感
摘要： 本文报道了以D形光纤为平台，采用钯金合金纳米结构作为氢气传感材料的光纤氢气传感器研发成果。通过无掩模反应离子刻蚀技术，在D形光纤表面制备出二氧化硅纳米锥结构，并在其上沉积钯金合金形成纳米合金传感薄膜。光纤芯层导波光与纳米合金之间的倏逝场相互作用，实现了常压环境下0.25%至10%浓度范围的超高灵敏度氢气检测。纳米锥表面诱导形成的纳米结构合金使传感器响应速度提升3倍以上，同时显著改善了传感灵敏度与可逆性。本研究表明，高度可控的超大规模集成电路微加工技术可用于光纤表面纳米结构传感薄膜的制备，实现高灵敏度化学传感。
关键词： 钯金合金、D形光纤、纳米锥、氢传感器
更新于2025-09-16 10:30:52
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基于可调谐二极管激光吸收光谱的氢气传感器
摘要： 基于激光的氢气（H2）传感器采用波长调制光谱技术（WMS）实现分子氢的非接触式测量。该传感器利用分布式反馈激光器（DFB）瞄准2121.8纳米处的氢气四极矩吸收谱线。实验发现该氢气吸收谱线呈现微弱的碰撞展宽效应与显著的碰撞窄化效应，通过对比不同线型轮廓（含碰撞窄化效应）的详细模型测量数据，系统研究了这两种效应。研究确定了纯氢及氮气/空气混合气体中氢气的碰撞展宽与窄化参数。传感器性能评估表明：在1米吸收光程（精度达0.02%v·m）和1秒积分时间内，可实现0-10%v氢气浓度范围的精确测量，精度达到0.02%v；当采用20秒最优平均时间时，精度提升至0.005%v·m。实验观测到氢气浓度与传感器响应呈良好线性关系。该传感器采用简易坚固的收发器配置，适用于恶劣工业环境的原位安装。
关键词： 激光光谱学、波长调制光谱法、二极管激光器、可调谐二极管激光吸收光谱技术、吸收光谱学、氢传感器、氢气、气体传感器
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于铂纳米线阵列中缺陷主导电子散射的超灵敏超选择性氢传感器
摘要： 由于氢气应用广泛，其检测技术备受关注。本研究采用聚焦离子束（FIB）制备了具有丰富缺陷的超薄铂纳米线（3.5纳米）用于氢气检测。与以往报道中以表面散射为主导（氢化后铂电阻降低）的机制不同，这种FIB制备的铂氢传感器基于缺陷主导的电子散射——丰富的缺陷使电阻主要受缺陷散射控制，氢原子会沿缺陷扩散从而增强电子散射和电阻。得益于氢原子体积小（易于沿缺陷扩散），该传感器对氢气具有极高的灵敏度和选择性，并展现出快速的响应-恢复特性。此外，经过多次响应-恢复循环后灵敏度还能提升，这可能源于额外缺陷的产生（进一步加速氢原子扩散）。在纯氢气中响应并在空气中恢复后，该传感器对空气中的氢气表现出10ppb的超低检测限。这项成果展示了一种兼具卓越灵敏度和选择性的氢气传感器，不仅有助于金属氢传感器的发展，更为氢气检测提供了可行策略。
关键词： 铂纳米线、氢传感器、扩散、缺陷、电阻
更新于2025-09-09 09:28:46
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AIP会议录[作者：SolarPACES 2017：国际聚光太阳能与化学能源系统大会 - 智利圣地亚哥（2017年9月26-29日）] - 抛物线槽式集热器膨胀水箱用氢气传感器
摘要： 美国国家可再生能源实验室与阿本戈能源北美公司正在研发并实施一项工艺，以解决抛物面槽式光热电站的氢气积聚问题。我们采用选择性去除电站膨胀罐内氢气的方法来控制循环传热流体中的氢气含量。作为该研究的一部分，我们正在开发一种测量膨胀罐顶部空间气体中氢分压的传感器。前期工作表明，该传感器设计能在1.33毫巴至0.003毫巴的宽分压范围内测量氢气浓度，精度达±20%——这些结果是在仅测量氢氮混合气体的有限条件下获得的。 本文报道了最新研究成果：我们在含氢、氮、联苯和二苯醚的混合气体中测量氢分压，其结果与纯氢氮混合气体基本一致，同样保持±20%的精度。该精度足以评估氢气减排工艺性能，因为当减排工艺运行时，膨胀罐内氢分压会下降超过一个数量级。完成测量后检查钯银膜，未发现405°C下接触联苯和二苯醚导致的膜劣化或污染迹象（测试膜厚25微米）。2018年开发的新型传感器采用127微米厚膜，该厚度可承受实际膨胀罐顶部气体通过时产生的150psi压降。初步测试显示，127微米厚的钯合金膜在400°C和150psi压降下无失效或泄漏迹象。 最后我们建立了考虑传感器测量时氢传输机制的瞬态模型，该模型包含氢气通过膜邻近边界层的扩散过程，以及氢气透过膜进入渗透体积的渗透过程。当假设边界层厚度为0.2厘米时（该数值处于该气体组分、温度和最小流量压力条件下的预期范围），模型结果与实验数据高度吻合。研究表明：测量氢分压时，氢气通过膜邻近边界层的扩散是决定瞬态压力响应速率的关键步骤。
关键词： 氢分压、钯/银膜、抛物线槽、膨胀罐、氢传感器
更新于2025-09-04 15:30:14