澳大利亞研究人員開發(fā)出一種光激活的氫氣傳感器

受蝴蝶翅膀表面的啟發(fā)，研究人員開發(fā)出一種光激活的氫氣傳感器，在室溫下能產(chǎn)生超精確的結(jié)果。該技術(shù)可以在氫氣泄漏造成安全隱患之前就檢測到氫氣泄漏，并且可以測量人們呼吸中的微量氣體，用于診斷腸道疾病。

商用氫氣傳感器只能在150℃或更高的溫度下工作，澳大利亞墨爾本RMIT大學(xué)的研究人員開發(fā)的原型是以光為動力，不是以熱為動力。該傳感器基于模仿蝴蝶翅膀表面的凹凸微結(jié)構(gòu)，在《ACS Sensors》雜志上發(fā)表的一項新研究中詳細(xì)介紹了該傳感器。

聯(lián)合首席研究員Ylias Sabri博士說："該原型是可擴展的，具有成本效益的，并提供了目前市場上任何氫傳感器都無法匹配的功能。有些傳感器可以測量微小的量，有些傳感器可以檢測更大的濃度，但它們都需要大量的熱才能工作。我們的氫氣傳感器不僅可以在室溫下做到這一切，并且可以在全范圍內(nèi)進行檢測。"

該傳感器可以檢測氫氣的濃度，從最小的百萬分之十分子(用于醫(yī)療診斷)到百萬分之四(該氣體成為潛在爆炸性氣體的水平)。聯(lián)合首席研究員Ahmad Kandjani博士表示，寬的檢測范圍使其既能用于醫(yī)療，又能在新興的氫經(jīng)濟中提升安全性。

新傳感器的創(chuàng)新核心是由被稱為光子或膠體晶體的微小球體組成。這些中空的形狀，類似于蝴蝶翅膀表面的微小凸起，是高度有序的結(jié)構(gòu)，對光的吸收效率極高。這種效率意味著新的傳感器可以從一束光而不是從熱能中汲取工作所需的全部能量。

博士研究員和第一作者Ebtsam Alenezy說："與通常在150℃至400℃下工作的商業(yè)氫傳感器相比，這種室溫傳感器的運行更安全、更便宜。光子晶體使我們的傳感器能夠被光激活，它們還提供了結(jié)構(gòu)的一致性，這對可靠的氣體傳感至關(guān)重要。"

光子晶體發(fā)達(dá)的制造工藝也意味著該技術(shù)很容易擴展到工業(yè)水平，因為可以一次快速生產(chǎn)數(shù)百個傳感器。為了制造傳感器，電子芯片先覆蓋一層薄薄的光子晶體，然后再覆蓋一層鈦鈀復(fù)合材料。當(dāng)氫氣與芯片相互作用時，氣體會轉(zhuǎn)化為水。這個過程會產(chǎn)生電子電流，通過測量電流的大小，傳感器可以準(zhǔn)確地知道氫氣的含量。

與許多商業(yè)傳感器在氧化氮存在的情況下較難檢測不同，新技術(shù)具有高度的選擇性，它可以準(zhǔn)確地將氫氣與其他氣體隔離開來。