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光驱动的“蝴蝶式”氢气传感器

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时间:2023-07-25 01:45:09     来源:火狐体育官网登录下载


  氢气一向被认为是一种抱负的清洁动力,但由于它是一种无色无味且高度易燃的气体,在运用进程中也具有较高的危险。因而出于对氢气安全性考虑,研讨要点在于怎么开发出超卓的氢气传感器上。一起低检测限、高灵敏度的氢气传感器也可用于医疗呼吸剖析和肠道疾病诊断。

  传统的氢气传感器需要在150℃或更高温度下作业,检测规模窄,简单遭到其他组分气体搅扰。

  为了处理这一问题,澳大利亚皇家墨尔本理工大学的研讨人员受蝴蝶翅膀外表的启示,开发出了一种新式光驱动的蝴蝶式氢气传感器。

  该传感器在室温下,可以经过光的驱动然后高精度检测氢气,并且还具有优异的选择性。它选用老练的光子晶体制造工艺,可以轻松扩展到工业水平,可以一次快速出产数百个传感器。

  这种新式由光驱动的“蝴蝶式”氢气传感器,仿照蝴蝶的翅膀,外表掩盖有高低不平,距离很小的微结构。蝴蝶翅膀上这种纳米结构会影响光反射的方法,然后发生彩虹色,而该新式传感器则运用这些被称为光子晶体或胶体晶体的细小凸起有效地捕捉光。

  这些中空的形状,类似于蝴蝶翅膀外表的细小凸起,这是一种高度有序的微结构,对光的吸收功率极高。这使得它可以从光束中吸收所需的能量,而不需要外部加热。

  该传感器运用了纳米资料的催化原理,在导电薄膜上制备了TiO2阵列,外表包覆贵金属钯(Pd)。在光照条件下,当有氢气时,氢气会在资料外表与氧气反响生成水,外表的水层会使资料导电性发生变化,经过丈量电流巨细,就可以精确地检测出氢气浓度。一起该技能具有高度的选择性,可以精确地区别检测出氢气浓度。

  该新式传感器的制造进程,以叉指电极(微距离电极结构)作为传感器基板。经过胶体光刻和等离子体刻蚀工艺将涂覆的聚苯乙烯薄膜,构成均匀的掩膜。并经过CVD工艺,进一步堆积TiO2薄膜,之后进行550℃的高温退火,以去除聚苯乙烯模板,一起非晶TiO2资料结晶构成TiO2长程有序晶体。最终经过ELP工艺对TiO2晶粒外表堆积贵金属钯(Pd)纳米颗粒(NPs)。

  在探求该新式氢气传感器的功能进程中,研讨人员分别对其进行了不同偏压和不同光照强度的测验。试验结果表明:光照稳定(室温33℃),在必定规模偏压下(3V-9V),跟着偏压的添加,传感器对氢气的呼应也随之添加。一起,在9V偏压下,经过添加光照强度,得到线μA/ppm。

  研讨人员又持续在漆黑和光照条件下,对该传感器的选择性进行了比照测验。试验结果表明:在存在或不存在光照条件下,钯纳米颗粒对氢气的吸附都具有很好的选择性,测验呼应远高于其他气体。但在光照条件下,会增大呼应速度,缩短检测时刻。

  该新式传感器由光驱动,因而与其他商业传感器(通常在150℃到400℃之间作业)比较,运用起来更廉价,更安全。它还具有很高的选择性,可以精确地区别氢气与其他电流传感器难以区别的其他气体。

  一起,为了进步设备的灵敏度,该团队将持续进行试验以使传感器多层化,并测验运用不同波长的光,改动资料以及运用不同的半导体,来优化传感器功能。该新式传感器有望应用于医疗呼吸剖析和工业走漏检测等范畴。

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