轻巧的蝶式氢气传感器

2020年12月7日，澳大利亚墨尔本-蝴蝶翅膀是光活化氢传感器设备的灵感来源，该传感器能够在室温下产生超高精度结果。测试表明，该传感器能够在氢气泄漏发展到可能构成安全隐患之前检测到氢气泄漏。该传感器还可以对个人呼吸中的微量气体进行测量，从而有可能诊断出肠道疾病。

博士研究人员Ebtsam Alenezy持有光激活氢传感器的原型，它可以在室温下提供超精确的结果。

商业氢传感器需要150°C或更高的温度才能实现功能。 RMIT大学研究人员开发的原型绕过了这一要求。它由光而不是热量来驱动。

根据共同首席研究员Ylias Sabri的说法，该原型机具有可扩展性和成本效益，并且提供了当今市场上任何氢传感器无法比拟的全部功能。

“有些传感器只能测量极少量，而另一些可以检测更大的浓度。他们都需要大量的热量才能工作，”萨布里说。“我们的氢传感器可以做到这一切–它灵敏，选择性好，可以在室温下工作，并且可以检测整个范围的液位。”

该传感器在医学诊断中检测到的氢分子浓度低至百万分之十，至百万分之四十，这是气体潜在爆炸性的水平。

联合首席研究员艾哈迈德·坎贾尼（Ahmad Kandjani）表示，广泛的检测范围使其成为医疗用途以及增强新兴氢经济中安全性的理想选择。

坎贾尼说：“氢气有可能成为未来的燃料，但我们知道安全隐患可能会影响公众对这种可再生能源的信心。” “通过提供精确可靠的传感技术，可以在泄漏发生危险之前就检测出最小的泄漏，我们希望为推动氢经济发展做出贡献，从而可以改变全球的能源供应。”

传感器的核心结构创新是光子晶体，它是物理上很小的球体。这些空心形状类似于蝴蝶翅膀表面上的微小凸起，是高度有序的结构，并且作为吸光剂具有超高的效率。

该传感器由电子芯片制成，该电子芯片上覆盖着一层薄薄的光子晶体，然后覆盖着一层钛钯复合材料。

这样的效率使得传感器能够从光束中而不是从热量中吸取所有工作所需的能量。

研究人员和第一作者Ebtsam Alenezy表示，该传感器比需要150至400℃的温度的商用氢传感器更安全且更具成本效益。

         Alenezy说：“光子晶体使我们的传感器能​​够被光激活，并且它们还提供了对可靠的气体感应至关重要的结构一致性。” “拥有一致的结构，一致的制

量和一致的结果至关重要。

         这就是自然界通过这些具有生物灵感的形状为我们带来的东西。”

    她说，成熟的光子晶体制造工艺还意味着该技术很容易扩展到工业水平，因为可以同时快速生产数百个传感器。

    为了制造传感器，首先在电子芯片上涂覆一层薄薄的光子晶体，再涂覆一层钛-钯复合材料。当氢与碎片相互作用时，气体转化为水。该过程会产生

一个电子电流，然后通过测量电流的大小，传感器能够准确分辨出存在多少氢。

    尽管当前的商用传感器在存在氮氧化物的情况下往往会遇到困难，但研究人员的传感器实现了一定程度的选择性，从而可以将氢与其他气体（设置

或实时设置）中的氢气准确，可靠地隔离开来。

新型氢传感器的前身是微小的空心球，称为光子晶体，受到蝴蝶翅膀凹凸不平的表面的启发。图像放大40,000倍。

该技术还具有医疗应用；已知氢水平升高与胃肠道疾病有关。当前的标准诊断方法是通过呼吸样本，这些样本必须在采集后发送到实验室进行处理。

萨布里说，新芯片可以集成到手持设备中，以提供即时结果。

他说：“在肠道条件下，健康的氢水平与不健康的水平之间的差异很小，仅为百万分之十。但是我们的传感器可以准确地测量出如此微小的差异。”

研究人员已经对该设备提出了临时专利申请，研究小组希望与氢传感器，燃料电池，电池和医疗诊断设备的制造商合作，以使该传感器商业化。