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瑞典查尔姆斯理工大学研最快氢气传感器 防止氢

发布日期:2019-04-29 12:06 计算机

  氢是一种清洁可再生能源载体,能够为汽车提供动力,而唯一排放物是水。但是,氢气和空气混合时却极易燃,因而需要特别有效的传感器进行监控。如今,瑞典查尔姆斯理工大学(Chalmers University of Technology)的研究人员研发出首个氢气传感器,以满足未来氢动力汽车的性能目标。

  此次推出的是一种封装在塑料材料中的光学纳米传感器,该传感器的工作原理基于一种光学现象 – 等离子体,在大多数的金属中,等离子体频率接近紫外线的频率,反射了可见光让它们看起来很闪亮。一些金属如铜和金,在可见区中有电子带间过渡,借此吸收某些能量的(某些颜色的)光,让它们拥有独特的颜色。该光学纳米传感器中包含数以百万计的钯金合金金属纳米颗粒,钯金合金可吸收大量氢气。因此,当环境中的氢含量发生变化时,等离子体效应会导致该传感器变色。

  包裹该小型传感器的塑料不止起到保护作用,还是一个关键部件,能通过加速氢气分子进入到金属颗粒中,从而加速传感器的响应时间,探查到氢气分子。同时,塑料还可作为有效的环境屏障,防止其他分子进入传感器,使传感器失效。因此,该传感器能够高效且不受干扰地工作,满足汽车行业的严格要求,能够在不到一秒的时间内检测到空气中含有0.1%的氢气。

  查尔姆斯理工大学物理系研究员Ferry Nugroho表示:“我们不仅研发出全球响应速度最快的氢气传感器,而其研发了一款随着时间推移,能够保持稳定,不会失效的传感器。与现有的氢气传感器不同,我们的解决方案不需经常重新校准,因为其受到了塑料的保护”。

  从多方面来看,探查氢气都非常具有挑战性。此类气体不可见、无味,但是易挥发,极易燃,空气中只需含有4%的氢气就能产生氢氧气体,有时也称为氢氧混合气(knallgas),最小的火花都能将此类气体点燃。为了保证未来氢燃料汽车以及相关基础设施的安全,必须探测空气中微小含量的氢气,而且传感器的响应速度必须足够快速,以便在起火发生之前探测到泄露的氢气。

  尽管该传感器主要用于氢能源载体,但是其也有其他可能应用。电力网络工业、化学和核能行业都需要此类高效氢气传感器,而且也可用于改善医疗诊断。

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