氫作為化石燃料的清潔、可再生替代品是可持續(xù)能源未來(lái)的一部分，而且已經(jīng)存在。然而，對(duì)易燃性揮之不去的擔(dān)憂限制了氫作為電動(dòng)汽車動(dòng)力源的廣泛使用。以前的進(jìn)展已經(jīng)將風(fēng)險(xiǎn)降至最低，但佐治亞大學(xué)的新研究現(xiàn)在將這種風(fēng)險(xiǎn)放在后視鏡中。

與今天使用電池供電的電動(dòng)汽車相比，氫燃料汽車可以更快地加油，無(wú)需加油就能走得更遠(yuǎn)。但氫能的最后一個(gè)障礙之一是確保一種檢測(cè)氫泄漏的安全方法。

發(fā)表在Nature Communications上的一項(xiàng)新研究記錄了一種廉價(jià)，無(wú)火花，基于光學(xué)的氫傳感器，它比以前的型號(hào)更靈敏，更快。

“目前，大多數(shù)商用氫傳感器在與氫氣相互作用時(shí)檢測(cè)到活性材料中電子信號(hào)的變化，這可能會(huì)通過(guò)電火花誘發(fā)氫氣點(diǎn)火，”富蘭克林藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院物理學(xué)副教授Tho Nguyen說(shuō)�！拔覀兊臒o(wú)火花光學(xué)氫傳感器無(wú)需電子設(shè)備即可檢測(cè)氫氣的存在，使該過(guò)程更加安全。”

不僅適用于汽車

氫能的應(yīng)用比為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力要多得多，而可燃性緩解技術(shù)至關(guān)重要。用于氫氣泄漏檢測(cè)和濃度控制的堅(jiān)固傳感器在氫基經(jīng)濟(jì)的所有階段都很重要，包括石油加工和生產(chǎn)、化肥、冶金應(yīng)用、電子、環(huán)境科學(xué)以及健康和安全相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)、分銷、儲(chǔ)存和利用。

與氫氣傳感器相關(guān)的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是響應(yīng)時(shí)間、靈敏度和成本。目前H2光學(xué)傳感器的主流技術(shù)需要昂貴的單色器來(lái)記錄光譜，然后分析光譜偏移比較。

“使用我們基于強(qiáng)度的光學(xué)納米傳感器，我們從百萬(wàn)分之100到百萬(wàn)分之2的氫氣檢測(cè)，傳感芯片的成本為幾美元，”Tho說(shuō)�！拔覀兊捻憫�(yīng)時(shí)間為8.20秒，比目前文獻(xiàn)中報(bào)道的最佳光學(xué)設(shè)備快<>%。

工作原理

新的光學(xué)器件依賴于覆蓋有鈀鈷合金層的納米球模板的納米制造。任何存在的氫都會(huì)被迅速吸收，然后由LED檢測(cè)。硅探測(cè)器記錄透射光的強(qiáng)度。

“所有金屬都傾向于吸收氫，但通過(guò)找到在合金中具有適當(dāng)平衡的合適元素并設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)以放大吸氫后光傳輸?shù)募?xì)微變化，我們能夠?yàn)檫@些傳感器的速度和靈敏度設(shè)定新的基準(zhǔn)，”薩凡納河國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家兼該項(xiàng)目的聯(lián)合首席研究員喬治拉森說(shuō)�！巴瑫r(shí)保持傳感器平臺(tái)盡可能簡(jiǎn)單。