【儀表儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】氫氣是取代石化燃料的潛力替代能源之一，然而具備高度易燃性，因此如果要發(fā)展氫能源經(jīng)濟(jì)，能偵測(cè)氫氣的傳感器不可或缺。然而到目前為止，氫氣傳感器的大挑戰(zhàn)在于需要較高的溫度才能起作用，而且敏感度較低、反應(yīng)時(shí)間也較緩慢。
而來自荷蘭的臺(tái)夫特理工大學(xué)(Delft University of Technology，TU Delft)研究人員宣稱，他們已經(jīng)克服上述挑戰(zhàn)，開發(fā)了一種以三氧化鎢(ungsten trioxide，WO3)薄層制作的新型傳感器，結(jié)合了高電阻以及利用鉑金(platinum)催化劑感測(cè)氫氣的能力，可以在接近室溫下感測(cè)到1pppm的氫氣濃度，而且當(dāng)氫氣濃度超過100pppm時(shí)，反應(yīng)時(shí)間不到1秒。
三氧化鎢的特性之一是晶格結(jié)構(gòu)中包含許多開放空間，因此這種材料很容易摻雜(doped)，可藉此導(dǎo)入其他原子來改變其電氣特性。TU Delft的技術(shù)論文主要作者Giordano Mattoni表示，三氧化鎢本身是一種絕緣體，“但在摻雜之后，能藉由添加電荷改變材料的顏色，并且將之逐漸轉(zhuǎn)變成金屬；我們嘗試將氫氣摻雜到三氧化鎢薄膜，看看它是否能成為傳感器。”
結(jié)果證明是可以的；研究人員首先是利用名為脈沖雷射沉積(pulsed laser deposition)的方法制作三氧化鎢薄層，如此能在一片基板上一層層單獨(dú)沉積該種材料層；Mattoni指出：“利用這種方法，我們制作出厚度僅9奈米的三氧化鎢薄層。”
然后研究人員將鉑金液滴(droplet)放置在三氧化鎢薄層的上方；鉑金具備一種眾所周知的特性，能扮演將氫分子分離為單個(gè)氫原子的催化劑，而研究人員觀察到，那些原子能進(jìn)入三氧化鎢的晶格，并將之緩慢由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘佟attoni指出：“這意味著透過量測(cè)材料的電阻，我們能判定環(huán)境中的氫氣濃度。”
研究人員的實(shí)驗(yàn)將三氧化鎢薄膜暴露于不同的環(huán)境條件中，包括正常空氣，混合了氫氣的環(huán)境，還有真空；而實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，其電阻與樣本顏色(光學(xué)影像顯示)會(huì)在暴露于氫氣時(shí)改變，但在正常空氣中又會(huì)恢復(fù)初始狀態(tài)。
TU Delft開發(fā)的新型氫氣傳感器與其他同類傳感器大的不同，就在于能在室溫下使用。“其敏感度比其他市面上的產(chǎn)品更高，在幾分鐘之內(nèi)就能重復(fù)使用；”Mattoni還表示：“此外透過提高或降低傳感器溫度，也能根據(jù)不同應(yīng)用來調(diào)整其敏感度。”因?yàn)樵摲N薄膜能與目前的半導(dǎo)體技術(shù)兼容，新型氫氣傳感器具備大量生產(chǎn)的潛力，研究團(tuán)隊(duì)正準(zhǔn)備為此技術(shù)申請(qǐng)。
(原文標(biāo)題：研究人員發(fā)明可在室溫下使用的氫氣傳感器)
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