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此外，钯镍合金薄膜对氢气的吸附效应包括灵
2 钯基氢气传感器的气敏机理 敏度与响应时间也与镍含量存在显著关联。图 3 给

出了沉积钯镍合金薄膜的氢气传感器的灵敏度和
在 SAW 氢气传感器研究中，多采用金属钯或
响应时间与镍含量的关系 [23] 。对浓度为 1% 的氢
其合金膜作为气敏材料。氢气可在金属钯的催化下
气，随着镍含量的增加，传感器灵敏度随之减小，但
分解为氢原子，并与钯结合生成PdH n ，从而改变了
是响应速度急剧提高。这是因为在钯基上掺杂镍，
钯基薄膜质量及导电特性，由此产生对 SAW 的质
钯原子间距和间隙体积的缩小降低了氢原子渗入
量负载及声电耦合效应，并导致相应传感量的变化。
薄膜的可能性，因此传感器的灵敏度会随着镍成分
具体而言，根据氢原子的位置与状态，金属钯
的增加而降低，如图3(a)所示。在同样的情况下，由
对氢气的吸附大致分为三个过程 [20−21] 。首先，当
于掺杂了镍成分，晶界和位错的形成补偿了钯和镍
氢气接触金属钯的表面层时，氢气分子与钯表面电
之间的晶格失配，使之可以加快与氢原子的相互作
子等相互作用，发生解离过程：
用，因而可以提高传感器的响应速度。这种效应会
H 2 → 2H, (1) 在镍成分达到一定程度时达到最大值，掺杂更高比
例的镍可能会降低晶体质量。从图 3(b) 可以看出，
其中，每个氢气分子将解离生成两个氢原子，吸附在
响应时间第一次大幅下降发生在掺杂 7% 镍时，然
钯的表面层。然后，氢原子将从金属钯的表面层进
后响应时间就不再依赖于镍的含量。因此，根据上
入亚表面层，并与钯原子形成氢化物：
述分析，钯镍合金中镍的成分在 5%∼10% 的时候，
Pd + nH → PdH n . (2) 可以保持较高的检测灵敏度和快速的传感响应。

最后，氢原子将由钯的亚表面层进一步扩散至
内部晶格，同样形成氢化物。而且，金属钯对氢气的
吸附与脱附是一个相互平衡的动态可逆过程。虽然
金属钯对氢气具有很强的吸附能力和很好的选择
性，但钯吸附氢气后会产生相变，而且不同相的晶格
相差很大，在反复的氢气吸附和脱附后，钯薄膜极易
扭曲变形甚至破损，因此一般需要对钯进行掺杂改
性，在钯薄膜中加入银、镍以及铜等生成钯合金以
增强薄膜的稳定性。图 2 给出了不同配比的钯镍合
金薄膜的氢气吸附能力 (H 与 Pd+Ni 的原子比)，从
图2中可知，钯镍合金中镍的含量小于20%时，合金
薄膜的氢气吸附能力与纯钯基本一致 [22] 。

1.0

0.8
H/(Pd+Ni) 0.6

0.4
0.2

0
0 20 40 60
Ni/at%
图 2 掺杂不同配比的钯镍合金对氢气的吸附能力 图 3 钯基传感器灵敏度和响应速度与镍成分的关系
Fig. 2 The adsorption ability of the Pd-Ni alloy Fig. 3 Influence to Pa-sensor sensitivity and response
thin-film with various Ni proportion time from Ni proportion