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(yīng)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(yīng)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(shù),。例如,在金屬氧化物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的電容式氫氣傳感器中,,氫原子在金屬柵中擴(kuò)散,,并在鈀氧化物表面上形成了一個偶極層,該偶極層導(dǎo)致了活性元素的功函數(shù)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(jīng)濟(jì),,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(yīng)時間也較緩慢。
而來自荷蘭的臺夫特理工大學(xué)(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(jié)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(dāng)氫氣濃度超過100pppm時,,反應(yīng)時間不到1秒。
據(jù)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(dú)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(jìn)入三氧化鎢的晶格,,并將之緩慢由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘佟?/p>
研究人員的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)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?fù)初始狀態(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?yàn)樵摲N薄膜能與目前的半導(dǎo)體技術(shù)兼容,新型氫氣傳感器具備大量生產(chǎn)的潛力,。
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