本技术涉及氢化镁薄膜的制备技术及其应用。制备过程涵盖:首先,将经过超声清洗的衬底涂覆二丁基镁的庚烷溶液;其次,控制MgH2的生成;最后,通过特定工艺获得氢化镁薄膜。该技术可用于能源存储等领域。
背景技术
由于氢气分子尺寸小且轻,一旦泄露遇明火,可发生爆炸,对实验室及人身安全造成不可预估的伤害。因此,气致变色传感器是在氢气应用方面中及其关键的环节,起到了检测氢气是否泄露的作用。氢化镁薄膜是一种无色透明的形态。纳米结构的镁膜在一定的温度和氢压下吸氢,会由金属态变成透明的半导体态。在氢传感器领域利用氢化镁膜氢致变色这一性质,检测氢气是否发生泄漏,预防危险事故发生。Tajima等制备的Mg-Zr-Ni三元体系薄膜经氢化后的可见光透射率可由5.2%增至44.7%,反射率由53.45%降低至7.42%,反应过程只需10s。Slaman等将Mg-Ti合金薄膜作为调光层制成了光纤传感器,当周围环境中的氢气浓度由0%变为1%时,光纤薄膜的反射率可在8~20s内从61%下降到7%,气氛中的氧气浓度越高反应时间越长。针对传感器对响应速度的需求,Zhao等分别制备了非晶态和晶态的Pd/Mg和Pd/Mg-Ni薄膜,研究发现非晶态的薄膜比相应的结晶薄膜具有更快的光学转换特性,非晶态的无定形镁基层组织可以防止具有阻挡作用的氢化物的层形成,促进了氢原子在镁基层内的扩散。基于这一发现,可以通过非晶化改善氢致变色镁基薄膜的响应特性。
MgH2
薄膜可以在脱氢状态和吸氢状态转换,实现非透明态到透明态的转变,根据此原理来检测氢气是否泄露。制备薄膜方法有磁控溅射法和化学气相沉积方法,磁控溅射方法是通过磁控溅射仪,通过高速旋转将调制的靶材溅射到衬底上。这类方法虽然可以制备MgH2
薄膜,但是对仪器设备要求较高,且实验参数难以把握,对实验人员的仪器操作技术有较高要求,制造薄膜的成本较高。化学气相沉积方法通过激活反应物,在基底上沉积成膜。CVD方法更有高均镀性,与磁控溅射法相比,具有更经济、高沉积速率和可获得后涂层的优点,但CVD方法需要在高温条件下进行,对基板要求较高,且需要的化学前体一般具有剧毒性和危险性,价格也较为昂贵。使用镁粉和氢气制备MgH2
,制备需3~4天,并且期间需要球磨五小时,在653K和约7MPa氢压下才可以获得可以使用的MgH2
。
实现思路