为了快速检测氢气泄漏，迫切需要开发一种更安全、浓度检测下限更低的氢气传感器。将镀有钯膜的微悬臂梁探针与单模光纤端面进行组装，设计了一种易制备且低成本的光纤氢气传感器。实验结果表明，该传感器具有超高的氢气响应灵敏度，约为-9.887 μm/%，同时具有低至1.76×10^-3%的超低检测下限和优异的重复性。在痕量氢气体积分数条件下，该传感器对氢气体积分数表现出优异的线性响应，这对痕量气体检测具有重要意义，使其在氢能源电池、核电站和太空探索中具有重要的应用价值。

为了实现液相中氢气体积分数的准确检测, 该文利用钯、氧化硅超疏水溶胶和倾斜光纤光栅制备了氢气传感器。首先, 在倾斜光纤光栅表面采用磁控溅射法涂覆了一层致密的钯膜, 用于响应氢气体积分数变化信息; 然后, 采用镀膜提拉法在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水膜, 用于阻止水分子进入钯膜内部, 导致钯膜从光纤表面脱落, 进而增强了传感器在液相环境下运行的稳定性。实验研究了钯膜厚度对传感器氢敏响应特性的影响, 并利用传感器对液相中的氢气体积分数进行了检测。研究结果表明, 传感器能准确响应液相中氢气体积分数的变化信息, 当钯膜厚度为120 nm时, 灵敏度达到-15.29 pm/%, 最大相对误差为8.67%。

由4′-［4-(4-吗啉基丁氧基)苯基］-2,2′∶6′,2″-三联吡啶合成了一种含吗啉修饰的三联吡啶钯配合物(Pd1), 并通过核磁氢谱、元素分析和X射线单晶衍射对其结构进行表征。Pd1对金黄色葡萄球菌(S. aureus)表现出良好的抗菌活性(MIC=62.48 μg/mL, MIC为最小抑菌浓度)。通过耐药实验发现金黄色葡萄球菌对Pd1不易产生耐药性, 筛选发现Pd1与盐酸克林霉素联合作用时, 可以增强金黄色葡萄球菌对盐酸克林霉素的敏感性。机制研究发现Pd1对与产生耐药性有关的生物膜有明显的抑制作用。此外, Pd1对金黄色葡萄球菌产生的毒素活性具有明显的抑制作用。

为了实现高温高湿环境下氢气浓度稳定准确的检测,提出了一种新的光纤布拉格光栅(FBG)氢气传感器制作方法。首先,在FBG表面自聚合组装聚多巴胺涂层,并将组装成的涂层用于吸附氯化钯溶液中的钯离子、形成钯核,以增强钯核在光纤表面的黏附强度。其次,利用还原剂为钯离子提供还原位点,将钯核生长为致密的钯膜。再次,在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水薄膜,以增强光纤在高湿环境下运行的稳定性。最后,引入温度补偿单元,消除温度对氢浓度测量产生的影响。实验研究了聚多巴胺厚度、还原剂种类、钯膜厚度和温湿度对传感器氢敏响应特性的影响。研究发现,在温度为30~70 ℃、相对湿度为20%~90%的范围内,传感器能稳定准确地响应氢气浓度的变化,灵敏度达10.80 pm/%、相对误差小于7.2%。

为了有效监测氢气管道的氢泄漏, 该文提出了一种基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)的准分布式氢泄漏实时在线监测系统。首先去除单模光纤包层, 接着在去除包层的光纤表面采用化学镀膜法镀上对氢气敏感的钯膜, 其次在钯膜表面涂上一层疏水溶胶, 然后将涂覆有疏水溶胶的氢敏光纤安装在聚四氟乙烯槽中, 最后采用Φ-OTDR分布式氢传感系统对氢气管道氢泄漏进行监测。结果表明, 光纤Φ-OTDR分布式氢传感系统能准确地对氢气管道周界氢浓度的微小变化做出快速响应, 响应时间为60 s, 位置分辨率达到50 mm, 氢气浓度检测下限达到1 000×10-6。研究结果表明, 基于光纤Φ-OTDR的测量系统能对长距离、大范围内的氢气管道氢泄漏进行准确检测。

为了实现陶瓷基体表面无钯化学镀镍, 以10g/L NiSO4·6H2O和45g/L NaH2PO2的混合溶液为活化液涂覆于基体表面, 利用激光扫描后使基体活化, 再进行化学镀镍。研究了激光功率、光斑直径以及扫描速率对镀层覆盖率的影响, 通过扫描电镜观察了粗化、活化以及施镀后的微观形貌, 并对活化及施镀后的基体表面进行了成分分析, 对镀层结合性、导电性以及可焊性进行了检测。结果表明, 当以激光功率为3W、光斑直径为2mm、扫描速率为5mm/s对基体进行扫描时, 基体表面生成一层平均直径为0.1μm的Ni微粒; 施镀后, 镀层覆盖率为100%; 镀层微观表面平滑、致密, 晶胞直径均在10μm以上; 镀层中P的质量分数为0.0771, 为非晶态结构, 具有良好的耐磨性和耐腐蚀性能; 镀层具有较强的结合性和良好的可焊性, 电阻率为7.67×10-5Ω·cm, 为良导体。该工艺成本低、无污染, 能实现陶瓷基体表面局部化学镀镍, 通过对激光的运动控制, 能够使基体表面沉积各种精细图形, 具有一定的实用价值。

为了实现低成本的精细电子线路快速成型, 以CuSO4和NaH2PO2混合溶液为活化液, 涂覆于基体表面形成活化层, 采用450nm蓝光激光对基体表面活化层进行扫描, 从而使基体活化, 并结合化学镀铜, 在激光扫描区域制备出了导电金属铜层。研究了CuSO4和NaH2PO2的质量浓度、扫描速率和涂覆次数对镀层成型效果的影响, 对活化后的基体进行了能谱分析, 通过扫描电镜对各阶段镀层相貌进行了表征, 并对镀层的结合性和导电性进行了检测。结果表明, 当CuSO4和NaH2PO2的质量浓度分别为10g/L和30g/L、扫描速率为320mm/s、涂覆次数为3次时, 镀层覆盖率为100%; 激光扫描后, 活化层中的Cu2+被还原为Cu微粒; 镀层线路微观结构均匀致密、轮廓清晰、边界整齐、结合性强, 表面电阻趋近于0Ω, 导电性良好。该工艺在一定程度上解决了激光诱导技术可操作性差以及贵金属涂布成本高的问题, 具有较高的实用价值, 在电子线路成型方面具有一定的应用前景。

为了提高光纤EFPI传感器的灵敏度, 提出了一种新型EFPI传感结构, 并对其温度特性以及横向负载特性进行了研究。首先, 介绍了采用端面镀钯金膜的光纤EFPI传感器的结构及其制作方法; 接着, 建立了镀钯金膜光纤EFPI的温度传感模型, 并通过Solidworks、Hypermesh与有限元分析软件ANSYS联合仿真, 对它在不同受压力下进行理论模拟, 获得了腔长变化与压力之间的关系; 最后, 对传统的光纤EFPI与镀钯金膜光纤EFPI的温度和横向负载特性进行了对比试验。试验结果表明, 镀钯金膜光纤EFPI的温度灵敏度为6.083 pm/℃, 具有温度自补偿特性; 它对横向负载的检测灵敏度可达40.83 m/g, 相对于传统的光纤EFPI横向负载的灵敏度提高了2.10倍。实验结果与理论分析相符合, 为实际制作具有温度自补偿的高灵敏度光纤EFPI传感器提供了理论与实验依据。

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, 1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。

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。