荷兰研究人员发明可在室温下使用的氢气传感器

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-07-19 来源: EE Times 浏览次数:19502
  氢气是取代石化燃料的潜力替代能源之一,然而具备高度易燃性,因此如果要发展氢能源经济,能侦测氢气的传感器不可或缺。然而到目前为止,氢气传感器的大挑战在于需要较高的温度才能起作用,而且敏感度较低、反应时间也较缓慢。

  而来自荷兰的台夫特理工大学(Delft University of Technology,TU Delft)研究人员宣称,他们已经克服上述挑战,开发了一种以三氧化钨(ungsten trioxide,WO3)薄层制作的新型传感器,结合了高电阻以及利用铂金(platinum)催化剂感测氢气的能力,可以在接近室温下感测到1pppm的氢气浓度,而且当氢气浓度超过100pppm时,反应时间不到1秒。
  三氧化钨的特性之一是晶格结构中包含许多开放空间,因此这种材料很容易掺杂(doped),可藉此导入其他原子来改变其电气特性。TU Delft的技术论文主要作者Giordano Mattoni表示,三氧化钨本身是一种绝缘体,“但在掺杂之后,能藉由添加电荷改变材料的颜色,并且将之逐渐转变成金属;我们尝试将氢气掺杂到三氧化钨薄膜,看看它是否能成为传感器。”
  结果证明是可以的;研究人员首先是利用名为脉冲雷射沉积(pulsed laser deposition)的方法制作三氧化钨薄层,如此能在一片基板上一层层单独沉积该种材料层;Mattoni指出:“利用这种方法,我们制作出厚度仅9奈米的三氧化钨薄层。”
  然后研究人员将铂金液滴(droplet)放置在三氧化钨薄层的上方;铂金具备一种众所周知的特性,能扮演将氢分子分离为单个氢原子的催化剂,而研究人员观察到,那些原子能进入三氧化钨的晶格,并将之缓慢由绝缘体转变为金属。Mattoni指出:“这意味着透过量测材料的电阻,我们能判定环境中的氢气浓度。”
  研究人员的实验将三氧化钨薄膜暴露于不同的环境条件中,包括正常空气,混合了氢气的环境,还有真空;而实验结果可以看出,其电阻与样本颜色(光学影像显示)会在暴露于氢气时改变,但在正常空气中又会恢复初始状态。
  TU Delft开发的新型氢气传感器与其他同类传感器大的不同,就在于能在室温下使用。“其敏感度比其他市面上的产品更高,在几分钟之内就能重复使用;”Mattoni还表示:“此外透过提高或降低传感器温度,也能根据不同应用来调整其敏感度。”因为该种薄膜能与目前的半导体技术兼容,新型氢气传感器具备大量生产的潜力,研究团队正准备为此技术申请专利。
  (原文标题:研究人员发明可在室温下使用的氢气传感器)
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