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德國(guó)UST氫氣檢測(cè)儀檢測(cè)原理

更新時(shí)間:2022-06-17瀏覽:1457次
氫氣傳感器

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氫氣傳感器在常溫下對(duì)氫氣非常敏感且具有很好的選擇性,可以作為檢測(cè)環(huán)境中氫氣濃度的傳感器,出于生產(chǎn)生活中對(duì)安全的要求,快速、靈敏、準(zhǔn)確的氫氣傳感器是十分必要的,能夠及時(shí)避免爆炸發(fā)生的可能性。


應(yīng)
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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(lái)說(shuō),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(huì)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(gè)偶極層,該偶極層導(dǎo)致了活性元素的功函數(shù)的改變。

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測(cè)
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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(cè)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(shí)間也較緩慢。


    而來(lái)自荷蘭的臺(tái)夫特理工大學(xué)(Delft University of Technology,TU Delft)研究人員宣稱(chēng),他們已經(jīng)克服上述挑戰(zhàn),開(kāi)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(cè)氫氣的能力,可以在接近室溫下感測(cè)到1pppm的氫氣濃度,而且當(dāng)氫氣濃度超過(guò)100pppm時(shí),反應(yīng)時(shí)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(gè)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(huì)在暴露于氫氣時(shí)改變,但在正??諝庵杏謺?huì)恢復(fù)初始狀態(tài)。

TU Delft開(kāi)發(fā)的新型氫氣傳感器與其他同類(lèi)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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德國(guó)UST Hydrogen Power 氫氣檢測(cè)儀采用的鉑膜氫氣傳感器,具有能在室溫下正常使用的能力,檢測(cè)范圍從零開(kāi)始,即一出現(xiàn)氫氣泄漏立即報(bào)警,現(xiàn)已投放到加氫站廣泛進(jìn)行使用。

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