本發(fā)明涉及氫原子頻標(biāo)領(lǐng)域，具體涉及一種氫源裝置及其制造方法、以及氫原子頻標(biāo)。

背景技術(shù)：

眾所周知，時(shí)間或頻率是基本物理量之一。試驗(yàn)證明，微觀量子態(tài)的躍遷有穩(wěn)定不變的周期性的信號(hào)，從而作為一種時(shí)間或頻率計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)，即以原子微觀運(yùn)動(dòng)的量子躍遷作為量子頻率標(biāo)準(zhǔn)。精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)支撐著我們的日常生活，許多我們生活中依賴的技術(shù)比如手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都需要依賴于原子頻標(biāo)精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)。

氫原子頻標(biāo)具有很高的短期和長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度，目前，就幾秒以上的取樣時(shí)間的穩(wěn)定度而言，氫原子頻標(biāo)是最優(yōu)越的。氫源儲(chǔ)氫的多少?zèng)Q定了氫原子頻標(biāo)的長(zhǎng)期壽命，傳統(tǒng)氫原子頻標(biāo)一般采用氫瓶?jī)?chǔ)存液態(tài)氫氣的方式，按照控制流量和使用壽命設(shè)計(jì)氫氣儲(chǔ)存量。為保證氫源的純度，采用鎳提純器的方式對(duì)氫氣進(jìn)行提純。氫源體積非常大，而且不適用于微電子機(jī)械系統(tǒng)(micro-electromechanicalsystem，mems)，而隨著微電子向納電子技術(shù)的推進(jìn)以及微電子機(jī)械系統(tǒng)超精細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展，氫原子頻標(biāo)的微型化是必然趨勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種氫源裝置及其制造方法、以及氫原子頻標(biāo)。本發(fā)明提供的一種氫源裝置及其制造方法、以及氫原子頻標(biāo)，使氫源微型化，同時(shí)，在氫原子頻標(biāo)中使氫氣循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了氫源的閉環(huán)微系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)開放式原子制備系統(tǒng)效率不高的缺點(diǎn)，促使氫原子頻標(biāo)實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)體積。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種氫源裝置，用于向氫原子頻標(biāo)提供氫源，包括硅基腔以及在中壓狀態(tài)下封裝在硅基腔中儲(chǔ)氫材料，所述硅基腔上設(shè)有向氫原子頻標(biāo)輸送氫源的出口，所述儲(chǔ)氫材料為在過(guò)飽和氫氣環(huán)境中吸附氫后的儲(chǔ)氫材料。所述中壓狀態(tài)是指工作壓力在10pa～1000pa的范圍內(nèi)。所述吸附的氫包括氫分子、氫原子、氫化物等。在所述出口處，氫氣自然釋放。

上述的一種氫源裝置，其中，所述硅基腔上還設(shè)有從氫原子頻標(biāo)回收氫的入口。所述回收的氫包括氫分子、氫原子、氫化物等。

上述的一種氫源裝置，其中，所述硅基腔的入口處設(shè)有壓差改變裝置，在所述硅基腔入口處，所述壓差改變裝置使硅基腔內(nèi)部的壓強(qiáng)小于硅基腔外部的壓強(qiáng)。

上述的一種氫源裝置，其中，所述儲(chǔ)氫材料包括非晶合金儲(chǔ)氫材料和/或晶體合金儲(chǔ)氫材料。

上述的一種氫源裝置，其中，所述非晶合金儲(chǔ)氫材料為非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料。

上述的一種氫源裝置，其中，所述過(guò)飽和氫氣環(huán)境為氫氣濃度大于或者等于99.99％的氫氣環(huán)境。

上述的一種氫源裝置，其中，所述在過(guò)飽和氫氣環(huán)境中吸附氫后的儲(chǔ)氫材料包括所述非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料經(jīng)過(guò)活化后在室溫環(huán)境下置于過(guò)飽和氫氣環(huán)境中吸附氫至飽和吸氫狀態(tài)的非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料。

上述的一種氫源裝置，其中，所述經(jīng)過(guò)活化后在室溫環(huán)境下置于過(guò)飽和氫氣環(huán)境中吸附氫至飽和吸氫狀態(tài)的非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料呈薄膜狀。

一種氫源裝置的制造方法，包括如下步驟：

將儲(chǔ)氫材料在中壓狀態(tài)下生長(zhǎng)在硅基腔中；

向硅基腔中注入過(guò)飽和氫氣；

將硅基腔封裝；

在所述硅基腔上設(shè)置向氫原子頻標(biāo)輸送氫源的出口。

上述的一種氫源裝置的制造方法，其中，還包括在所述硅基腔上設(shè)置從氫原子頻標(biāo)回收氫的入口。

上述的一種氫源裝置的制造方法，其中，所述儲(chǔ)氫材料包括非晶合金儲(chǔ)氫材料和/或晶體合金儲(chǔ)氫材料。

上述的一種氫源裝置的制造方法，其中，所述非晶合金儲(chǔ)氫材料為非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料。

上述的一種氫源裝置的制造方法，其中，所述過(guò)飽和氫氣為氫氣濃度大于或者等于99.99％的氫氣。

上述的一種氫源裝置的制造方法，其中，所述將儲(chǔ)氫材料在中壓狀態(tài)下生長(zhǎng)在硅基腔中包括：將所述非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料經(jīng)過(guò)活化后在中壓狀態(tài)下生長(zhǎng)在硅基腔中。

上述的一種氫源裝置的制造方法，其中，包括：

所述非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料，通過(guò)mpcvd技術(shù)，低溫外延生長(zhǎng)呈ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料薄膜狀態(tài)；

向硅基腔中注入過(guò)飽和氫氣至呈薄膜狀態(tài)的所述非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料達(dá)到飽和吸氫狀態(tài)；

將飽和吸氫狀態(tài)的所述非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料薄膜在中壓狀態(tài)下封裝在硅基腔中。

上述的一種氫源裝置的制造方法，其中，還包括在所述硅基腔的入口處設(shè)置壓差改變裝置，在所述硅基腔入口處，所述壓差改變裝置使硅基腔內(nèi)部的壓強(qiáng)小于硅基腔外部的壓強(qiáng)。

一種氫原子頻標(biāo)，其中，包括上述的氫源裝置。

本發(fā)明提供的一種氫源裝置及其制造方法、以及氫原子頻標(biāo)，氫源采用固態(tài)循環(huán)式氫源系統(tǒng)，將源源不斷的氫氣提供給氫原子頻標(biāo)，再?gòu)臍湓宇l標(biāo)的信號(hào)流程對(duì)應(yīng)的裝置中回收，以達(dá)到循環(huán)利用。儲(chǔ)氫材料優(yōu)選非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料，該材料在室溫下即具有一定的儲(chǔ)氫能力，通過(guò)改變環(huán)境壓力或溫度，具有吸氫/釋氫流量可進(jìn)行控制的特性，力學(xué)特性優(yōu)異，能夠?qū)崿F(xiàn)氫源的閉環(huán)微系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一種氫源裝置的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2是本發(fā)明一種氫源裝置的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例

如圖1所示，一種氫源裝置，用于向氫原子頻標(biāo)提供氫源，包括硅基腔10以及在中壓狀態(tài)下封裝在硅基腔10中儲(chǔ)氫材料20，所述硅基腔10上設(shè)有向氫原子頻標(biāo)輸送氫源的出口11，所述儲(chǔ)氫材料20為在過(guò)飽和氫氣環(huán)境中吸附氫后的儲(chǔ)氫材料。所述中壓狀態(tài)是指工作壓力在10pa～1000pa的范圍內(nèi)。所述吸附的氫包括氫分子、氫原子、氫化物等。在所述出口11處，氫氣自然釋放。

在一實(shí)施例中，所述硅基腔10上還設(shè)有從氫原子頻標(biāo)回收氫的入口12。所述回收的氫包括氫分子、氫原子、氫化物等。

在一實(shí)施例中，所述硅基腔10的入口12處設(shè)有壓差改變裝置40，在所述硅基腔入口12處，所述壓差改變裝置40使硅基腔內(nèi)部的壓強(qiáng)p1小于硅基腔外部的壓強(qiáng)p2。

在一實(shí)施例中，所述儲(chǔ)氫材料包括非晶合金儲(chǔ)氫材料和/或晶體合金儲(chǔ)氫材料。

在一實(shí)施例中，所述非晶合金儲(chǔ)氫材料為非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料。

在一實(shí)施例中，所述過(guò)飽和氫氣環(huán)境為氫氣濃度大于或者等于99.99％的氫氣環(huán)境。

在一實(shí)施例中，所述在過(guò)飽和氫氣環(huán)境中吸附氫后的儲(chǔ)氫材料包括所述非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料經(jīng)過(guò)活化后在室溫環(huán)境下置于過(guò)飽和氫氣環(huán)境中吸附氫至飽和吸氫狀態(tài)的非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料。

在一實(shí)施例中，所述經(jīng)過(guò)活化后在室溫環(huán)境下置于過(guò)飽和氫氣環(huán)境中吸附氫至飽和吸氫狀態(tài)的非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料呈薄膜狀。

如圖2所示，在一實(shí)施例中，一種氫源裝置，用于向氫原子頻標(biāo)提供氫源，圖中空心箭頭示出本發(fā)明提供的一種氫源裝置用于氫原子頻標(biāo)時(shí)氫的循環(huán)過(guò)程。本實(shí)施例中，所述氫源裝置與氫原子頻標(biāo)的其他裝置均封裝在總硅基腔30中，所述氫源裝置包括包括硅基腔10以及在中壓狀態(tài)下封裝在硅基腔10中儲(chǔ)氫材料20，所述硅基腔10上設(shè)有向氫原子頻標(biāo)輸送氫源的出口11，所述硅基腔10上還設(shè)有從氫原子頻標(biāo)回收氫的入口12。所述硅基腔10的入口12處設(shè)有壓差改變裝置40，在所述硅基腔入口12處，所述壓差改變裝置40使硅基腔內(nèi)部的壓強(qiáng)小于硅基腔外部的壓強(qiáng)。

在所述出口11處，氫氣自然釋放。被氫原子頻標(biāo)的其他裝置處理使用后，氫并未被消耗，由于是封裝在總硅基腔30中，因此，氫處于游離狀態(tài)，在壓差改變裝置40的作用下，在所述硅基腔10入口12處，所述硅基腔10內(nèi)部的壓強(qiáng)小于硅基腔10外部的壓強(qiáng)，使硅基腔10外部的氫通過(guò)其入口12進(jìn)入硅基腔10內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)氫的循環(huán)利用。上述循環(huán)過(guò)程中的氫包括氫分子、氫原子、氫化物等。

一種氫源裝置的制造方法，包括如下步驟：

將儲(chǔ)氫材料在中壓狀態(tài)下生長(zhǎng)在硅基腔中；

向硅基腔中注入過(guò)飽和氫氣；

將硅基腔封裝；

在所述硅基腔上設(shè)置向氫原子頻標(biāo)輸送氫源的出口。

在一實(shí)施例中，上述的一種氫源裝置的制造方法，還包括在所述硅基腔上設(shè)置從氫原子頻標(biāo)回收氫的入口。

在一實(shí)施例中，上述的一種氫源裝置的制造方法，所述儲(chǔ)氫材料包括非晶合金儲(chǔ)氫材料和/或晶體合金儲(chǔ)氫材料。

在一實(shí)施例中，上述的一種氫源裝置的制造方法，所述非晶合金儲(chǔ)氫材料為非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料。

在一實(shí)施例中，上述的一種氫源裝置的制造方法，所述過(guò)飽和氫氣為氫氣濃度大于或者等于99.99％的氫氣。

在一實(shí)施例中，上述的一種氫源裝置的制造方法，所述將儲(chǔ)氫材料在中壓狀態(tài)下生長(zhǎng)在硅基腔中包括：將所述非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料經(jīng)過(guò)活化后在中壓狀態(tài)下生長(zhǎng)在硅基腔中。

所述活化即對(duì)合金材料添加了ni、cr、v元素，采用熔體快淬技術(shù)，制備出力學(xué)性能優(yōu)良的ti-zr-ni-cr-v非晶吸氫合金。在ti-zr-ni-cr-v非晶合金進(jìn)行吸氫氣實(shí)驗(yàn)中，非晶合金的激活溫度為473k。經(jīng)活化后，ti-zr-ni-cr-v非晶合金在室溫下具有一定的吸氫能力，吸氫量為23.6ml/g，而且起始(0～1ks)吸氫速率很快，室溫?fù)須淞繛?0.2ml/g，擁氫能力強(qiáng)，有利于室溫工況的應(yīng)用。

在一實(shí)施例中，上述的一種氫源裝置的制造方法，包括：

所述非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料，通過(guò)mpcvd技術(shù)，低溫外延生長(zhǎng)呈ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料薄膜狀態(tài)；

向硅基腔中注入過(guò)飽和氫氣至呈薄膜狀態(tài)的所述非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料達(dá)到飽和吸氫狀態(tài)；

將飽和吸氫狀態(tài)的所述非晶合金ti-zr-ni-cr-v體系儲(chǔ)氫材料薄膜在中壓狀態(tài)下封裝在硅基腔中。

在一實(shí)施例中，上述的一種氫源裝置的制造方法，還包括在所述硅基腔的入口處設(shè)置壓差改變裝置，在所述硅基腔入口處，所述壓差改變裝置使硅基腔內(nèi)部的壓強(qiáng)小于硅基腔外部的壓強(qiáng)。

一種氫原子頻標(biāo)，其中，包括上述的氫源裝置。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本申請(qǐng)不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本申請(qǐng)的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申請(qǐng)的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本申請(qǐng)內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。裝置權(quán)利要求中陳述的多個(gè)單元或裝置也可以由一個(gè)單元或裝置通過(guò)軟件或者硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一，第二等詞語(yǔ)用來(lái)表示名稱，而并不表示任何特定的順序。

當(dāng)然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本申請(qǐng)不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本申請(qǐng)的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申請(qǐng)的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本申請(qǐng)內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。