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鈀、鎳、鉑及其合成物,常被用作制造氫氣傳感器的活性材料。具體來說,這些活性元素,可被看作可與氫元素發(fā)生反應的催化材料,且氫元素能與這些元素相容,還可溶于該元素。目前,作為為活性元素,鈀、鉑、鎳元素在氫傳感器中得以廣泛應用。
這些活性材料在吸收了氫分子之后,會改變其本身的物理參數。例如,在金屬氧化物半導體為基礎的電容式氫氣傳感器中,氫原子在金屬柵中擴散,并在鈀氧化物表面上形成了一個偶極層,該偶極層導致了活性元素的功函數的改變。
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)展氫能源經濟,能偵測氫氣的傳感器*。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。
據了解,研究人員首先是利用名為脈沖雷射沉積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。利用這種方法,研究人員制作出厚度僅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)榻饘佟?/p>
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??諝?,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大的不同,就在于能在室溫下使用。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的潛力。
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