導(dǎo)讀：1、查爾姆斯理工大學(xué)開發(fā)的傳感器是基于一種光學(xué)現(xiàn)象——等離子體，這種現(xiàn)象發(fā)生在金屬納米粒子被照亮并捕獲一定波長(zhǎng)的光時(shí)。
2、這種光學(xué)納米傳感器包含數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的鈀金合金金屬納米顆粒，鈀金合金以其海綿狀的吸收大量氫的能力而聞名。當(dāng)環(huán)境中的氫含量發(fā)生變化時(shí)，等離子體效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致傳感器變色。
3、傳感器周圍的塑料不僅是一種保護(hù)，而且通過促進(jìn)氫分子更快地穿透金屬顆粒，從而更快地被檢測(cè)到，從而增加了傳感器的響應(yīng)時(shí)間。與此同時(shí)，塑料對(duì)環(huán)境起著有效的屏障作用，因?yàn)槌藲洌瑳]有其他分子能到達(dá)納米顆粒，這就防止了失活。
4、該傳感器的效率意味著它能夠在不到一秒的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到空氣中0.1%的氫氣，從而滿足汽車行業(yè)為未來氫汽車應(yīng)用設(shè)定的嚴(yán)格性能目標(biāo)。
氫是一種清潔的可再生能源載體，可以為汽車提供動(dòng)力，唯一的排放物是水。不幸的是，氫氣與空氣混合時(shí)極易燃燒，因此需要非常有效的傳感器。現(xiàn)在，來自瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員提出了第一個(gè)氫傳感器，以滿足未來氫動(dòng)力汽車的性能目標(biāo)。
研究人員的突破性成果最近發(fā)表在著名的科學(xué)雜志《自然材料》上。該發(fā)現(xiàn)是一種封裝在塑料材料中的光學(xué)納米傳感器。這種傳感器的工作原理是基于一種光學(xué)現(xiàn)象——等離子體——當(dāng)金屬納米粒子被照亮并捕獲可見光時(shí)就會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。當(dāng)環(huán)境中的氫含量發(fā)生變化時(shí)，傳感器就會(huì)改變顏色。
微型傳感器周圍的塑料不僅可以起到保護(hù)作用，而且還是一個(gè)關(guān)鍵部件。它通過加速將氫氣分子吸收到能夠被探測(cè)到的金屬顆粒中，從而提高了傳感器的響應(yīng)時(shí)間。與此同時(shí)，塑料作為一個(gè)對(duì)環(huán)境有效的屏障，防止任何其他分子進(jìn)入從而停用傳感器。因此，該傳感器可以高效且不受干擾地工作，使其能夠滿足汽車工業(yè)的嚴(yán)格要求——能夠在不到一秒的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)空氣中0.1%的氫。
“我們不僅開發(fā)了世界上最快的氫傳感器，而且還開發(fā)了一種隨著時(shí)間推移保持穩(wěn)定、不會(huì)失效的傳感器。與今天的氫傳感器不同，我們的解決方案不需要經(jīng)常重新校準(zhǔn)，因?yàn)樗艿剿芰系谋Ｗo(hù)。
Ferry Nugroho在讀博期間，和他的導(dǎo)師讀到一篇科技文章，文章指出目前還沒有人能夠成功地達(dá)到未來氫動(dòng)力汽車對(duì)氫傳感器的嚴(yán)格響應(yīng)時(shí)間要求。他們意識(shí)到他們離目標(biāo)只有一秒鐘的距離，因此他們測(cè)試了自己的傳感器，塑料最初主要是作為一個(gè)屏障，但它的工作效果比他們想象的要好，因?yàn)樗€使傳感器的速度更快。
Ferry Nugroho說：“在那種情況下，沒有什么能阻止我們。我們想要找到納米顆粒和塑料的最終組合，了解它們是如何協(xié)同工作的，以及是什么讓它們?nèi)绱酥臁Ｎ覀兊呐θ〉昧顺晒６潭處讉€(gè)月，我們就完成了所需的響應(yīng)時(shí)間，以及對(duì)促進(jìn)響應(yīng)的基本理論理解”。
研究人員展示的氫傳感器
探測(cè)氫氣在很多方面都很有挑戰(zhàn)性。這種氣體不可見，沒有氣味，但易揮發(fā)，極易燃燒。它只需要空氣中4%的氫就能產(chǎn)生氫氧氣體，有時(shí)也被稱為knallgas，在最小的火花下就能點(diǎn)燃。為了使氫汽車和未來的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施足夠安全，必須能夠探測(cè)到空氣中極少量的氫。傳感器的速度必須足夠快，以便在火災(zāi)發(fā)生前能夠迅速檢測(cè)到泄漏。
查爾姆斯理工大學(xué)物理系教授Christoph Langhammer說：”能夠展示一種能夠成為氫動(dòng)力汽車重大突破的傳感器的感覺非常棒。”
雖然目標(biāo)主要是使用氫作為能源載體，傳感器也提出了其他可能性。高效的氫傳感器在電力網(wǎng)絡(luò)工業(yè)、化學(xué)和核能工業(yè)中都是必需的，而且還可以幫助改善醫(yī)療診斷。
Christoph Langhammer說：“我們呼吸中的氫氣量可以為炎癥和食物不耐受等問題提供答案。我們希望我們的研究結(jié)果能夠廣泛地應(yīng)用，而不僅僅是一份科學(xué)出版物”。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，希望這種傳感器能夠以高效的方式串聯(lián)生產(chǎn)，例如使用3D打印機(jī)技術(shù)。
