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仪表与测量

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氢气传感器的灵感来自蝴蝶的翅膀

27 Dec 2020
蝴蝶式感应器
小翼:传感器由沉积在芯片表面的微小空心球制成。球之间的最大间隙约为2微米。 (礼貌:皇家墨尔本理工大学)

在一些蝴蝶的翅膀上发现的光子纳米结构激发了澳大利亚研究人员的灵感,他们创造了一种新型的高精度氢气测量传感器。该设备在室温下运行,由 伊拉斯·萨布里 墨尔本RMIT大学的Ahmad Kandjani。该传感器可能在氢燃料的安全工业存储中发挥作用,该研究也可能导致无创医学诊断新技术的发展。

作为有前途的可再生能源,现在越来越多的氢气被存储在世界各地的大型设施中。由于这种气体具有极高的可燃性,因此需要一种高精度的传感器,该传感器甚至可以检测泄漏到空气中的最小量的氢气。当今市售的传感器可以测量金属氧化物层与氢相互作用时电阻的变化。但是,这些设备需要超过150°C的温度才能运行,并且还对其他类型的气体敏感-限制了其在工业应用中的潜力。

Sabri和Kandjani的小组在研究中采用了更为复杂的方法。在这种情况下,通过光来辅助检测传感器中的氢气而不是热量。他们的设计使用光子晶体:可以制造的光学纳米结构,但也可以在自然界出现。在这种情况下,团队的灵感来自一些蝴蝶的翅膀-蝴蝶有序的微小颠簸图案,使它们的翅膀非常善于吸收光线。为了模仿这种结构,研究人员制造了中空的二氧化钛纳米球的晶格,然后将其沉积到电子芯片上。然后,他们在设备上涂覆了钛钯复合材料以增强其灵敏度。

爆炸报警

当被光激活时,该传感器的表面使氢气与氧气反应生成水。水的存在会改变传感器的电阻,从而精确测量空气中的氢气量。该传感器在室温下运行,可以测量百万分之10-40,000的浓​​度。因此,当气体浓度足够高而有爆炸危险时,它会发出警报。该设备可以区分氢气和其他气体,其选择性超过93%。

该传感器采用既定的制造工艺制造,因此团队有信心可以轻松扩大生产规模,以广泛使用-包括氢燃料电池。此外,传感器检测低水平氢的能力使其适合于医疗应用。通过检测患者呼吸中胃肠道疾病产生的气体,临床医生可以更加轻松地执行无创诊断和监测程序。

该研究报告在 ACS传感器.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者