新款氫氣傳感器設計理念

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，能偵測氫氣的傳感器不可或缺。然而到目前為止，氫氣傳感器的最大挑戰(zhàn)在于需要較高的溫度才能起作用，而且敏感度較低、反應時間也較緩慢。

而來自荷蘭的臺夫特理工大學（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，結合了高電阻以及利用鉑金（platinum）催化劑感測氫氣的能力，可以在接近室溫下感測到1pppm的氫氣濃度，而且當氫氣濃度超過100pppm時，反應時間不到1秒。

三氧化鎢的特性之一是晶格結構中包含許多開放空間，因此這種材料很容易摻雜（doped），可藉此導入其他原子來改變其電氣特性。TU Delft的技術論文主要作者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?！?/p>

結果證明是可以的；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?！?/p>

然后研究人員將鉑金液滴（droplet）放置在三氧化鎢薄層的最上方；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氫原子的催化劑，而研究人員觀察到，那些原子能進入三氧化鎢的晶格，并將之緩慢由絕緣體轉變?yōu)榻饘?。Mattoni指出：“這意味著透過量測材料的電阻，我們能判定環(huán)境中的氫氣濃度。”

研究人員的實驗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；而實驗結果可以看出，其電阻與樣本顏色（光學影像顯示）會在暴露于氫氣時改變，但在正?？諝庵杏謺謴统跏紶顟B(tài)

TU Delft開發(fā)的新型氫氣傳感器與其他同類傳感器最大的不同，就在于能在室溫下使用?！捌涿舾卸缺绕渌忻嫔系?a target="_blank">產(chǎn)品更高，在幾分鐘之內(nèi)就能重復使用；”Mattoni還表示：“此外透過提高或降低傳感器溫度，也能根據(jù)不同應用來調(diào)整其敏感度。”因為該種薄膜能與目前的半導體技術兼容，新型氫氣傳感器具備大量生產(chǎn)的潛力，研究團隊正準備為此技術申請專利。