專利名稱：儲氫合金及使用該儲氫合金的氫傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于吸留氫的儲氫合金、以及使用該儲氫合金的用于檢測氛圍氣體中的氫氣的氫傳感器。
背景技術：
在專利文獻I中公開了一種儲氫合金。如專利文獻I所記載，使用燃料電池作為驅動電源時，用于形成其燃料的氫的使用是重要的。特別是，作為安全地使用氫的方法，優(yōu)選將氫吸留在合金內，并進行了這樣的儲氫合金的研究。作為該合金，如專利文獻I所記載，使用了 Mg及Ni。另一方面，開發(fā)了一種氫傳感器，該氫傳感器利用這樣的儲氫合金的特性，由鎂/鎳合金等在玻璃或丙烯酸樹脂等基板的表面形成具有調光作用的薄膜層(薄膜)，并利用 鈀等催化劑層(催化劑膜)的作用將該薄膜層迅速地氫化(使薄膜層的物性發(fā)生變化)。該氫傳感器的特征在于，通過檢測伴隨著薄膜層的氫化產生的光學反射率(以下，有時表示為“反射率”或“光透射率”)的變化，可以檢測出泄漏到氛圍氣體中的氫氣，另外，由于薄膜層在常溫下可逆地發(fā)生氫化，因此，具有可以安全且迅速地檢測出泄漏的氫氣的特征。無論是以在各種電源中使用的目的而使用上述儲氫合金，還是作為氫傳感器使用，為了提高其性能，都希望縮短氫吸留或氫化后直至氫放出或脫氫化所需要的時間。特別是在使用氫急增合金制成氫傳感器的情況下，為了反復迅速地使用，希望在檢測到氫的有無后，立即用于在其它場所檢測氫的有無。但是，對于上述專利文獻I及其它研究中所述的儲氫合金而言，大多是用于提高氫的吸留量及操作性，均沒有涉及能夠在短時間內實現(xiàn)完成氫放出或脫氫化?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2004-346418號公報

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的問題本發(fā)明的目的在于提供一種儲氫合金及使用該儲氫合金的氫傳感器，其可以在氫吸留或氫化后迅速地進行氫放出或脫氫化。解決問題的方法本發(fā)明的儲氫合金的特征在于，其含有Mg-Ni系合金和Zr-Ti系合金。優(yōu)選的儲氫合金僅由Mg-Ni合金和Zr-Ti-Mn合金構成。另外，本發(fā)明涉及使用了儲氫合金的氫傳感器，其具備基板；設置在該基板上、且包含上述Mg-Ni系合金和上述Zr-Ti系合金的氫反應層；以及，設置在該氫反應層上、用于促進上述Mg-Ni系合金的氫化的第I催化劑層。優(yōu)選上述氫反應層分散混合有上述Mg-Ni系合金和上述Zr-Ti系合金。
優(yōu)選上述氫反應層具有由上述Mg-Ni系合金形成的調光層、以及由上述Zr-Ti系合金形成的用于促進上述Mg-Ni系合金的脫氫化的第2催化劑層。優(yōu)選上述第2催化劑層配置在上述調光層和上述基板之間。優(yōu)選上述第2催化劑層配置在上述調光層和上述第I催化劑層之間。優(yōu)選上述第2催化劑層配置在上述調光層和上述第I催化 劑層之間、以及上述調光層和上述基板之間。發(fā)明的效果按照本發(fā)明，由于含有Zr-Ti系合金，因此，可以迅速地放出吸留在Mg-Ni系合金中的氫。即，可以加速脫氫化。另外，按照本發(fā)明，通過實驗確認了將Mg-Ni合金和Zr-Ti-Mn合金組合可以迅速地進行脫氫化。另外，按照本發(fā)明，由于使用Mg-Ni系合金和Zr-Ti系合金作為與氫反應的氫反應層，因此，可以迅速地放出吸留在Mg-Ni系合金中的氫。即，可以加速脫氫化。因此，可以迅速地利用氫傳感器進行檢測氫的操作。另外，按照本發(fā)明，在氫反應層分散混合有Mg-Ni系合金和Zr-Ti系合金的情況下，可以迅速地放出吸留在Mg-Ni系合金中的氫。即，可以加速脫氫化。因此，可以迅速地利用氫傳感器進行檢測氫的操作。另外，按照本發(fā)明，通過由Mg-Ni系合金形成的調光層、以及使用Zr-Ti系合金形成的第2催化劑層形成氫反應層。第2催化劑層使用Zr-Ti系合金是為了促進Mg-Ni系合金中的脫氫化。由此，可以利用第2催化劑層迅速地放出吸留在調光層中的氫。S卩，可以加速脫氫化。因此，可以迅速地利用氫傳感器進行檢測氫的操作。另外，按照本發(fā)明，將第2催化劑層配置在調光層和基板之間，并通過實驗確認了此時可迅速地進行脫氫化。另外，按照本發(fā)明，將第2催化劑層配置在調光層和第I催化劑層之間，并通過實驗確認了此時可迅速地進行脫氫化。另外，第2催化劑層還可以用作緩沖層用來防止調光層在氫化及脫氫化的作用下反復發(fā)生膨脹及收縮而析出到表面。特別是，由于Mg迅速被氧化，因此，從防止該氧化的觀點考慮，優(yōu)選第2催化劑層。另外，按照本發(fā)明，能夠在第2催化劑層的作用下迅速進行調光層的脫氫化，同時可以防止反復進行氫化及脫氫化而使調光層咬入到第I催化劑層中，從而直接析出在表面。


[圖I]是本發(fā)明涉及的氫傳感器的概略圖。[圖2]是本發(fā)明涉及的另一氫傳感器的概略圖。[圖3]是本發(fā)明涉及的再一個氫傳感器的概略圖。[圖4]是本發(fā)明涉及的再一個氫傳感器的概略圖。[圖5]是示出實施例I的氫放出特性的曲線圖。[圖6]是示出實施例I的氫放出特性的曲線圖。[圖7]是示出實施例I的氫放出特性的曲線圖。
[圖8]是示出實施例2及3的氫放出特性的曲線圖。符號說明I氫傳感器2 基板3氫反應層4第I催化劑層5調光層6第2催化劑層
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明的氫傳感器I具有基板2、氫反應層3、和第I催化劑層4?；?由透明的板材構成。例如為丙烯酸類、塑料、透明片、玻璃等。氫反應層3包含Mg-Ni系合金，也可以進一步含有Zr-Ti系合金。Mg-Ni系合金是能夠吸留和放出氫、并且能夠在透明狀態(tài)、鏡子狀態(tài)(金屬狀態(tài))、或其中間狀態(tài)之間進行轉換的材料。還可以使用釔、鑭等稀土薄膜、稀土金屬與鎂合金薄膜、鎂的過渡金屬合金薄膜、或者鎂薄膜等來代替Mg-Ni系合金。Mg-Ni系合金由于材料成本便宜、且具有優(yōu)異的光學特性等，因此特別優(yōu)選。另一方面，氫反應層3被蒸鍍在基板2上。該蒸鍍可以采用濺射法、真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法、化學氣相沉積法(CVD)、鍍敷法等來進行。第I催化劑層4使用鈀等。該第I催化劑層4被蒸鍍在氫反應層3的表面。該蒸鍍可以采用濺射法、真空蒸鍍法、電子束蒸鍍法、化學氣相沉積法(CVD)、鍍敷法等來進行。通過以上構成，可以測定氫。即，通過暴露于含有氫的氛圍氣體中，發(fā)生氫反應層3的氫化(氫吸留)，由金屬狀態(tài)變?yōu)橥该鳡顟B(tài)。另一方面，通過暴露于不含氫但含有氧的氛圍氣體中，發(fā)生脫氫化(氫放出)，由透明狀態(tài)變?yōu)榻饘贍顟B(tài)。如上所述，氫反應層3含有Mg-Ni系合金及Zr-Ti系合金。其為本發(fā)明涉及的儲氫合金。主要是Mg-Ni系合金來進行氫的吸留及放出，其中，通過含有Zr-Ti系合金，可以迅速地放出吸留在Mg-Ni系合金中的氫。即，可以加速脫氫化。特別是，如后面所敘述，通過實驗確認了僅由Mg-Ni合金和Zr-Ti-Mn合金形成氫反應層3時,可迅速地進行脫氫化。圖f圖4所示的氫傳感器I應用上述儲氫合金作為氫反應層3。在圖I中，Mg-Ni合金和Zr-Ti-Mn合金分散混合而形成了氫反應層3 (實施例I)。該混合如下所述進行。首先，將基板2清洗后，將其放置于真空裝置中進行真空排氣。然后，將Mg-Ni和Zr-Ti-Mn的靶同時進行I分鐘的濺射。通過直流濺射法對Mg-Ni施加100 W的功率、對Zr-Ti-Mn施加30 W的功率來進行濺射。在圖2中，由Mg-Ni合金和Zr-Ti-Mn合金形成各自的層，由Mg-Ni合金形成了調光層5、由Zr-Ti-Mn合金形成了第2催化劑層6。由上述調光層5和第2催化劑層6形成了氫反應層3。在圖2中，第2催化劑層6配置在調光層5與基板2之間(實施例2)。在圖3中，第2催化劑層6配置在調光層5與第I催化劑層4之間(實施例3)。在圖4中，第2催化劑層6配置在調光層5與第I催化劑層4之間、以及調光層5與基板2之間(實施例4)。即，在圖4中，形成了 2層第2催化劑層6，并由該第2催化劑層6夾著調光層5。因此，只要在基板2與第I催化劑層4之間配置有Mg-Ni合金和Zr-Ti-Mn合金，則可以為任何結構。以下，對于使用了本發(fā)明的氫傳感器I的實驗結果進行說明。以在基板2和第I催化劑層4之間僅配置Mg-Ni合金的氫傳感器作為比較例，與本發(fā)明的氫傳感器I進行脫氫化所涉及的時間的比較，進行了實驗。圖5是將實施例I與比較例進行比較而得到的曲線圖。縱軸表示光的透射率(%)，橫軸表示從供給氫開始的時間。氫的供給是以50ml/min的流量流通100%的氫來進行的。另外，實線是實施例1，點劃線是比較例。如曲線圖所示，供給氫后光的透射率立即上升，透明度提高。然后，經過給定時間之后，開始脫氫化，光的透射率返回到開始值。該返回到開始值的時間越快，可以說脫氫化所涉及的時間越短。比較例的脫氫化大約需要300秒鐘，與此相對，實施例I大約在250秒鐘結束。即，與配置了僅由Mg-Ni合金形成的氫反應層3的氫傳感器相比，可知在基板2和第I催化劑層4之間配置了分散混合有Mg-Ni合金和Zr-Ti-Mn合金的氫反應層3而得到的氫傳感器的脫氫化可迅速進行。需要說明的是，在實驗中，第I催化劑層4的厚度為4nm、氫反應層3的厚度為22. 3nm。此時的氫反應層3中Mg-Ni合金 與Zr-Ti-Mn合金的體積比約為10:1。進行I分鐘同時濺射使Mg-Ni合金和Zr-Ti-Mn合金混合、分散。因此，氫反應層即使分散混合有Mg-Ni系合金及Zr-Ti系合金，也可以迅速地放出吸留在Mg-Ni系合金中的氫。即，可以加速脫氫化。因此，可以迅速地通過氫傳感器來進行檢測氫的操作。需要說明的是，實施例I的光的透射率雖然下降，但只要能夠用肉眼識別出傳感器的透明度，則即使氫傳感器的透射率稍有下降也沒有問題。實施例I的透射率約為35%,在使用時完全沒有問題。需要說明的是,如圖6所示,通過實驗確認到越是使Zr-Ti-Mn合金的含量增加(越是提高利用同時濺射對Zr-Ti-Mn賦予的功率(W))，脫氫化越快。如曲線圖所示，所有的脫氫化均在250秒鐘附近結束。作為保持該效果的范圍，以體積比來說，至少可以確認到相對于Mg-Ni合金為10，Zr-Ti-Mn合金為O. 5 2. O。此外，如圖7所示，通過實驗還確認到越是提高周圍的溫度，脫氫化的時間越快。如曲線圖所示，所有情況均在250秒鐘以內完成了脫氫化。具體而言，至少在25°C 50°C得到了確認。圖8是將實施例2及實施例3與比較例進行比較而得到的曲線圖。在曲線圖中，實線表示實施例2、虛線表示實施例3、點劃線表示比較例。如曲線圖所示，在任何一種情況下，光的透射率均為同等程度。而且，實施例2大約在270秒鐘完成脫氫化、實施例3約在280秒鐘完成脫氫化、比較例約在300秒鐘完成脫氫化。即，分別設置由Mg-Ni系合金形成的調光層、和由Zr-Ti系合金形成的2的催化劑層，并將其設置在基板和第I催化劑層之間，這樣得到的氫傳感器可以迅速地放出吸留在調光層中的氫。換言之，可以加速脫氫化。因此，可以使用氫傳感器迅速進行反復檢測氫的操作。需要說明的是，在實驗中，第I催化劑層4的厚度為4nm、調光層5為20nm、第2催化劑層6為lnm。雖然未圖示，但即使將第2催化劑層6設為2nm，也得到了幾乎同樣的實驗結果。因此，第2催化劑層配置在調光層與基板之間的情況下，通過實驗可以確認到能夠迅速地進行脫氫化。另外，第2催化劑層配置在調光層與第I催化劑層之間的情況下，也可以通過實驗確認到可迅速地進行脫氫化。如果將第2催化劑層配置在調光層與第I催化劑層之間，則調光層可作為緩沖層使用，以防止在氫化及脫氫化的作用下反復膨脹及收縮而析出在表面。特別是，由于Mg迅速被氧化，從防止Mg的氧化的觀點考慮，也優(yōu)選將第2催化劑層配置在調光層與第I催化劑層之間。其它與圖5相同。對于實施例4而言，可以得到實施例2和實施例3兩者的效果。即，與比較例相比，脫氫化所需要的時間變快，并且還可以具備緩沖層。
由以上的實驗結果可以明確，包含Zr-Ti-Mn合金的氫傳感器可加速脫氫化，特別是，從脫氫化的觀點來看，最優(yōu)選實施例I。需要說明的是，本發(fā)明的氫傳感器I利用了調光層5的轉換功能，可以適用于例如以隱秘保護為目的的遮蔽物、利用了變換為鏡子狀態(tài)和透明狀態(tài)的裝飾物及玩具等氫檢測目的以外的各種用途。
權利要求
1.一種儲氫合金，其包含Mg-Ni系合金和Zr-Ti系合金。
2.根據(jù)權利要求I所述的儲氫合金，其僅由Mg-Ni合金和Zr-Ti-Mn合金構成。
3.使用了權利要求I所述的儲氫合金的氫傳感器，其具備 基板； 氫反應層，其設置在所述基板上，且包含所述Mg-Ni系合金和所述Zr-Ti系合金；以及 第I催化劑層，其設置在所述氫反應層上，用于促進所述Mg-Ni系合金的氫化。
4.根據(jù)權利要求3所述的氫傳感器，其中，所述氫反應層分散混合有所述Mg-Ni系合金和所述Zr-Ti系合金。
5.根據(jù)權利要求3所述的氫傳感器，其中，所述氫反應層具有由所述Mg-Ni系合金形成的調光層、以及由所述Zr-Ti系合金形成的用于促進所述Mg-Ni系合金的脫氫化的第2催化劑層。
6.根據(jù)權利要求5所述的氫傳感器，其中，所述第2催化劑層配置在所述調光層和所述基板之間。
7.根據(jù)權利要求5所述的氫傳感器，其中，所述第2催化劑層配置在所述調光層和所述第I催化劑層之間。
8.根據(jù)權利要求5所述的氫傳感器，其中，所述第2催化劑層配置在所述調光層和所述第I催化劑層之間、以及所述調光層和所述基板之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氫傳感器，其使用了包含Mg-Ni系合金和Zr-Ti系合金的儲氫合金，該氫傳感器具備基板(2)；設置在該基板(2)上、且包含所述Mg-Ni系合金和所述Zr-Ti系合金的氫反應層(3)；以及設置在該氫反應層(3)上、用于促進所述Mg-Ni系合金的氫化的第1催化劑層(4)。
文檔編號C22C16/00GK102933729SQ201180028078
公開日2013年2月13日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權日2010年4月14日
發(fā)明者內山直樹, 金井友美, 原田和美 申請人:株式會社渥美精機