V-,2-O-,5--Pd薄膜的制備及氫氣敏感特性研究.pdf

1、氫能是可再生而又潔凈的新能源，氫能大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸之一是缺乏可靠、廉價(jià)的探測(cè)氫氣泄漏的氫氣傳感器。研制氫氣傳感器的關(guān)鍵問(wèn)題之一是氫氣敏感材料的選擇及其敏感元件的制備。V2O5薄膜是一種重要的氣體敏感材料，但有關(guān)V2O5/Pd薄膜氫氣敏感性質(zhì)的研究不多，為此，本文采用磁控濺射法在玻璃基片上和多模光纖端面上制備了不同厚度的V2O5/Pd薄膜，對(duì)V2O5/Pd薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，利用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)原位檢測(cè)V2O5/Pd薄膜的氫氣敏感特

2、性，采用端面反射型光纖傳感系統(tǒng)研究了V2O5/Pd薄膜的氫敏特性，分析了V2O5/Pd薄膜對(duì)氫氣的敏感機(jī)理，論文的主要內(nèi)容和研究結(jié)果如下：
　　 (1)XRD分析結(jié)果表明，磁控濺射法制備的V2O5薄膜及V2O5/Pd薄膜為非晶態(tài)。AFM觀察表面形貌結(jié)果表明，V2O5/Pd薄膜的粗糙度較小。
　　 (2)在玻璃襯底上制備了不同厚度的V2O5/Pd薄膜，采用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)原位測(cè)試V2O5薄膜及V2O5/Pd薄膜的氫敏

3、性能。發(fā)現(xiàn)V2O5薄膜在室溫下對(duì)氫氣幾乎不具敏感性，室溫下V2O5/Pd薄膜對(duì)氫氣具有敏感特性，且不同厚度的薄膜在通氫氣前后光的透過(guò)率的變化有較大差別。當(dāng)Pd膜厚度一定時(shí)，隨著V2O5膜厚的增加，V2O5/Pd薄膜的相對(duì)透過(guò)率的變化值逐漸增大，當(dāng)V2O5膜厚度一定時(shí)，隨著Pd膜厚度的增加，V2O5/Pd薄膜的相對(duì)透過(guò)率的變化值也逐漸增大。所制備的薄膜樣品中，V2O5(280 nm)/Pd(30 nm)薄膜的相對(duì)透過(guò)率的變化值較大。V2O

4、5(280 nm)/Pd(30 nm)薄膜在4％的氫氣濃度下，在波長(zhǎng)560 nm處，相對(duì)透過(guò)率的變化值達(dá)到25％左右，且該薄膜對(duì)0.01％的氫氣也有響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，V2O5/Pd薄膜的相對(duì)透過(guò)率的變化值與氫氣濃度在一定范圍內(nèi)存在著較好的線性關(guān)系。
　　 (3)在光纖端面上制各了不同厚度的V2O5/Pd薄膜，利用端面反射型光纖傳感系統(tǒng)研究了V2O5/Pd薄膜的氫敏特性。結(jié)果表明，對(duì)于V2O5/Pd薄膜，當(dāng)Pd膜厚度為20 nm時(shí)

5、，V2O5薄膜的厚度對(duì)V2O5/Pd薄膜在通氫氣前后反射光強(qiáng)的變化值有很大影響。V2O5薄膜厚度越大，其傳感器的響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，但光纖端面相對(duì)反射光強(qiáng)變化值增大。當(dāng)V2O5膜厚為280 nm時(shí)，相對(duì)反射光強(qiáng)的變化達(dá)到約20％，而40 nm的V2O5薄膜，相對(duì)反射光強(qiáng)的變化僅為3％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，在V2O5薄膜表面濺射不同的催化層，對(duì)薄膜的氫敏特性有明顯影響，Pd-Pt雙層催化膜比單一的Pd催化膜效果好。
　　 (4)采用拉曼光譜