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基于钯纳米颗粒超晶格薄膜的氢气传感特性研究
1
作者 聂亚婷 郭懿圆 +2 位作者 赵文娟 虞应 刘绍鼎 《光电工程》 北大核心 2025年第6期89-96,共8页
氢气作为清洁能源在燃料电池和工业应用中具有重要作用,但其易燃性使得开发实时、灵敏、安全的氢气检测技术成为拓展应用的关键。传统的基于钯(Pd)薄膜传感器由于其致密结构,氢气扩散速率较慢,响应时间较长。为解决这一问题,提出基于钯... 氢气作为清洁能源在燃料电池和工业应用中具有重要作用,但其易燃性使得开发实时、灵敏、安全的氢气检测技术成为拓展应用的关键。传统的基于钯(Pd)薄膜传感器由于其致密结构,氢气扩散速率较慢,响应时间较长。为解决这一问题,提出基于钯纳米颗粒超晶格薄膜用于氢气光学传感器的设计,可由自组装方法制备从而降低成本。与传统致密薄膜体系相比,这种钯纳米颗粒薄膜比表面积可高达1.2×10^(7)cm^(-1),有利于氢气的快速扩散,从而提高传感响应速率。此外,计算结果表明氢气扩散钯内部形成PdHx,H和Pd的原子比(x)由0增大到1时,钯纳米颗粒超晶格薄膜的透射率强度变化达到38%,明显大于传统致密薄膜体系,表现出更高的灵敏度。本研究为开发实时、高灵敏度氢气传感器提供理论依据。 展开更多
关键词 钯纳米颗粒 超晶格 氢气传感 自组装
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基于表面等离激元的光学氢气传感技术 被引量：1
2
作者 郑龙超 刘勇 《激光杂志》 CAS 北大核心 2024年第7期49-57,共9页
综述了基于表面等离激元(surface plasmon,SP)的光学氢气传感技术的研究进展,重点介绍了两种基于SP的测量方法,即局域表面等离激元共振法(localized surface plasmon resonance,LSPR)和表面等离激元共振法(surface plasmon resonance,SP... 综述了基于表面等离激元(surface plasmon,SP)的光学氢气传感技术的研究进展,重点介绍了两种基于SP的测量方法,即局域表面等离激元共振法(localized surface plasmon resonance,LSPR)和表面等离激元共振法(surface plasmon resonance,SPR),继而阐述了基于这两种原理的传感器的测量方法、传感结构和传感特性。此外,回顾了现有的各种不同的光学氢气传感器,并介绍了它们各自存在的优/劣势。最后,强调了未来基于SP的光学氢气传感器的发展方向和重要挑战,如具备特异性和稳定性的特殊材料、不断发展与应用的新型纳米结构以及可以适应未来需求的多点式传感。 展开更多
关键词 表面等离激元 氢气传感 局域表面等离激元共振法 表面等离激元共振法
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多层Au-Pd核壳纳米颗粒膜增敏的光纤氢气传感器 被引量：4
3
作者 穆青青 刘晓波 刘伟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1681-1687,共7页
高灵敏度、快速响应的光纤氢气传感技术是未来氢气传感技术的发展方向,对保障氢能系统安全具有重要意义。针对纳米尺度的钯基氢敏材料难以与光器件耦合的问题,本文采用水相合成及离心沉积方法制备具有快速氢气响应特性的Au-Pd核壳纳米... 高灵敏度、快速响应的光纤氢气传感技术是未来氢气传感技术的发展方向,对保障氢能系统安全具有重要意义。针对纳米尺度的钯基氢敏材料难以与光器件耦合的问题,本文采用水相合成及离心沉积方法制备具有快速氢气响应特性的Au-Pd核壳纳米颗粒膜,搭建了含有Au-Pd核壳纳米颗粒氢敏膜阵列的透射式传感系统,实现了光信号与多层纳米颗粒膜阵列的耦合,通过提高敏感材料对光信号的调制能力增强了传感器的灵敏度。实验研究表明,本文制备的Au-Pd核壳纳米颗粒膜粒径为48 nm,Pd层厚度约为4 nm。该敏感薄膜对4%浓度氢气的响应时间小于3 s,且在循环测试中显示了良好的重复性和稳定性。通过3片薄膜阵列传感,在不影响传感器响应速度的同时将传感器灵敏度提升至最高,为单片膜的2.7倍。该研究为开发高性能光纤氢气传感器提供了重要指导。 展开更多
关键词 氢气传感 光纤氢气传感器 Au-Pd纳米颗粒 多层膜增敏
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可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统 被引量：2
4
作者 李建中 刘振清 +1 位作者 雷江波 刘俊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第11期163-170,共8页
随着实际应用的发展，核电站、飞行器发动机、气体燃料等领域均提出了进行大数量点数氢气监测的要求，但目前已有的光纤氢气传感系统仅能实现单点测量。为解决上述问题，将波分复用技术和光纤氢气传感技术相结合，设计了一种可实现多点... 随着实际应用的发展，核电站、飞行器发动机、气体燃料等领域均提出了进行大数量点数氢气监测的要求，但目前已有的光纤氢气传感系统仅能实现单点测量。为解决上述问题，将波分复用技术和光纤氢气传感技术相结合，设计了一种可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统，阐述了该系统的基本原理、光路结构和技术优势，并从理论上分析了进行多点氢气监测的可行性。根据理论分析的结果，基于已有器材搭建了一套4通道的波分复用光纤氢气传感系统，同时设计了一套实验装置并利用该装置对传感系统进行了验证实验。通过对光纤链路各节点传输光光谱和传感头反射信号光功率的测试，验证了所提出的新型氢气传感系统不仅可以实现多点测量，而且各测点具有较好的独立性和性能，l小时内测量稳定性优于±1％，测量范围达到了0-4％，基本误差优于±2％。理论分析和实验结果对于研究大数量点数氢气测量技术及系统极具参考意义。 展开更多
关键词 光纤光学 光纤氢气传感 钯 波分复用 气室
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可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统 被引量：1
5
作者 李建中 刘振清 +1 位作者 雷江波 刘俊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第8期87-93,共7页
摘要 （ 2 ） 引用本文 随着实际应用的发展，核电站、飞行器发动机、气体燃料等领域均提出了进行大数量点数氢气监测的要求，但目前已有的光纤氢气传感系统仅能实现单点测量。为解决上述问题，将波分复用技术和光纤氢气传感技术相结合... 摘要 （ 2 ） 引用本文 随着实际应用的发展，核电站、飞行器发动机、气体燃料等领域均提出了进行大数量点数氢气监测的要求，但目前已有的光纤氢气传感系统仅能实现单点测量。为解决上述问题，将波分复用技术和光纤氢气传感技术相结合，设计了一种可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统，阐述了该系统的基本原理、光路结构和技术优势，并从理论上分析了进行多点氢气监测的可行性。根据理论分析的结果，基于已有器材搭建了一套4通道的波分复用光纤氢气传感系统，同时设计了一套实验装置并利用该装置对传感系统进行了验证实验。通过对光纤链路各节点传输光光谱和传感头反射信号光功率的测试，验证了所提出的新型氢气传感系统不仅可以实现多点测量，而且各测点具有较好的独立性和性能，一小时内测量稳定性优于±1%，测量范围达到了0～4%，基本误差优于±2%。理论分析和实验结果对于研究大数量点数氢气测量技术及系统极具参考意义。 展开更多
关键词 光纤氢气传感 光纤光学 钯 波分复用 气室
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基于AlGaN/GaN HEMT结构的氢气传感器 被引量：6
6
作者 郭智博 汪莱 +1 位作者 郝智彪 罗毅 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1089-1092,共4页
制作了栅极修饰金属Pt的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构的氢气传感器。栅极Pt采用溅射的方法制作,主要起到形成肖特基接触并催化氢气裂解的作用。器件的栅极敏感区域尺寸为5μm×400μm,对常温下氢气浓度为2×10-6至6216×... 制作了栅极修饰金属Pt的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构的氢气传感器。栅极Pt采用溅射的方法制作,主要起到形成肖特基接触并催化氢气裂解的作用。器件的栅极敏感区域尺寸为5μm×400μm,对常温下氢气浓度为2×10-6至6216×10-6的氢气/氮气混合气进行了检测。结果表明,在VGS=-1.5 V,VDS=1 V的工作偏压下,10倍的氢气浓度变化平均引起33.9%的灵敏度变化量。同时,器件对2×10-6的氢气具有6.3%的灵敏度,表现出了具有竞争力的低浓度检测极限。 展开更多
关键词 ALGAN GAN高电子迁移率晶体管 氢气传感 灵敏度 恢复特性
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基于镀钯微光纤的马赫泽德干涉型氢气传感器 被引量：2
7
作者 廖风 吴国庆 谷付星 《上海理工大学学报》 CAS 北大核心 2016年第6期535-539,共5页
通过倏逝波耦合分光原理,制作了一种由微光纤搭建的大小为800μm×200μm的小型马赫泽德干涉仪.传感臂的微光纤表面镀有对氢气敏感的金属钯,长度为200μm.通过优化传感器的耦合,使干涉波形的消光系数达到15 dB,从而实现探测波长的... 通过倏逝波耦合分光原理,制作了一种由微光纤搭建的大小为800μm×200μm的小型马赫泽德干涉仪.传感臂的微光纤表面镀有对氢气敏感的金属钯,长度为200μm.通过优化传感器的耦合,使干涉波形的消光系数达到15 dB,从而实现探测波长的大范围可调. 展开更多
关键词 干涉仪 微光纤 氢气传感
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透射式光纤氢气传感系统构建与算法优化 被引量：2
8
作者 卞正兰 缪小康 +4 位作者 张桂林 初凤红 魏双娇 裴丹 孙义盛 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第9期3730-3737,共8页
氢气作为绿色清洁能源被广泛应用,但由于氢气易燃易爆易泄漏的特性,研发一种安全可靠的光纤氢气传感器是安全使用氢气的前提。采用溶胶-凝胶法制作三氧化钨/铂(WO_(3)/Pt)氢敏薄膜,基于透射式光纤氢气传感系统进行氢气浓度检测。由于氢... 氢气作为绿色清洁能源被广泛应用,但由于氢气易燃易爆易泄漏的特性,研发一种安全可靠的光纤氢气传感器是安全使用氢气的前提。采用溶胶-凝胶法制作三氧化钨/铂(WO_(3)/Pt)氢敏薄膜,基于透射式光纤氢气传感系统进行氢气浓度检测。由于氢敏薄膜与氢气发生化学反应时,容易受温度影响,并且在此过程中会产生水,阻碍反应的进行,因此氢气浓度与光电探测器接收到的光强信号呈现非线性特性。为了提高氢气检测的准确度,使用支持向量回归(support vector regression,SVR)、反向传播(back propagation,BP)和径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络等算法对测试数据进行优化,通过计算算法的平均相对误差率和决定系数(R^(2))来对比3种算法的优劣。与BP和RBF神经网络相比,SVR算法预测样本的平均相对误差率低至3.8%,R^(2)高达0.9998,对氢气浓度具有更好的预测效果。 展开更多
关键词 SVR BP神经网络 RBF神经网络 透射式光纤氢气传感系统
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基于自组装金钯核壳纳米颗粒单层膜的光纤H_(2)传感器
9
作者 宋涵 蔡琪辉 +3 位作者 刘明尧 王启东 蔡子健 刘繄 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2092-2100,共9页
低维纳米材料的大比表面积极大提升了材料与环境气体分子的反应效率,对提高光纤氢气传感器中关键氢敏器件的灵敏度及响应速度有着至关重要的作用。提出了一种在油水界面自组装制备高性能金钯(Au-Pd)核壳纳米颗粒单层氢敏薄膜的方法,并... 低维纳米材料的大比表面积极大提升了材料与环境气体分子的反应效率,对提高光纤氢气传感器中关键氢敏器件的灵敏度及响应速度有着至关重要的作用。提出了一种在油水界面自组装制备高性能金钯(Au-Pd)核壳纳米颗粒单层氢敏薄膜的方法,并制备了基于该薄膜的透射式光纤氢气传感器。实验中采用水热合成法制备粒径约12 nm的球形Au核,然后在Au核水溶液中加入Pd生长液,得到粒径约为20 nm的Au-Pd核壳纳米颗粒。采用十八胺修饰Au-Pd核壳纳米颗粒并通过相转移技术将颗粒转移到甲苯溶液中,最后在甲苯-水界面提拉制备覆盖率高并且空洞和堆积少的纳米颗粒单层氢敏薄膜。表征分析结果表明,形成的Au-Pd核壳纳米颗粒粒径均匀且结晶度好,制备的纳米颗粒单层薄膜排列致密覆盖率达87%。搭建了透射式光纤氢气器并测试了制备的Au-Pd核壳纳米颗粒单层膜在不同氢气浓度下的感氢响应特性。实验结果表明,单层纳米颗粒氢敏膜对4%的氢气响应时间约为3 s,对0.1%的氢气(氮气为载气)响应时间约为13 s,在多个循环的测试中表现出良好的稳定性,该传感器在低浓度氢气的快速、准确检测上具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 光纤传感器 氢气传感 Au@Pd纳米颗粒 自组装 纳米颗粒膜
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