世界上最快的氫傳感器可能為清潔氫能源鋪平道路

氫是一種清潔的可再生能源載體，可以為汽車提供動力，唯一的排放物是水。不幸的是，氫氣與空氣混合時極易燃燒，因此需要非常有效的傳感器。現(xiàn)在，來自瑞典查爾默斯理工大學的研究人員提出了第一個氫傳感器，以滿足未來氫動力汽車的性能目標。

該發(fā)現(xiàn)是一種封裝在塑料材料中的光學納米傳感器。這種傳感器的工作原理是基于一種光學現(xiàn)象——等離子體——當金屬納米粒子被照亮并捕獲可見光時就會發(fā)生這種現(xiàn)象。當環(huán)境中的氫含量發(fā)生變化時，傳感器就會改變顏色。

微型傳感器周圍的塑料不僅可以起到保護作用，而且還是一個關(guān)鍵部件。它通過加速將氫氣分子吸收到能夠被探測到的金屬顆粒中，從而提高了傳感器的響應(yīng)時間。與此同時，塑料作為一個有效的屏障對環(huán)境，防止任何其他分子進入和停用傳感器。因此，該傳感器可以高效且不受干擾地工作，從而滿足汽車行業(yè)的嚴格要求——能夠在不到一秒的時間內(nèi)檢測空氣中0.1%的氫氣。

“我們不僅開發(fā)了世界上最快的氫傳感器，而且還開發(fā)了一種隨著時間推移保持穩(wěn)定、不會失效的傳感器。與今天的氫傳感器不同，我們的解決方案不需要經(jīng)常重新校準，因為它受到塑料的保護。

這篇文章指出，目前還沒有人能夠成功地達到未來氫動力汽車對氫傳感器的嚴格響應(yīng)時間要求。他們意識到他們離目標只有一秒鐘的距離，甚至沒有試圖優(yōu)化它。塑料最初主要是作為一個屏障，但它的工作效果比他們想象的要好，因為它還使傳感器的速度更快。這一發(fā)現(xiàn)導致了一段緊張的實驗和理論工作。

探測氫氣在很多方面都很有挑戰(zhàn)性。這種氣體不可見，沒有氣味，但易揮發(fā)，極易燃燒。它只需要空氣中4%的氫就能產(chǎn)生氫氧氣體，有時也被稱為knallgas，在最小的火花下就能點燃。為了使氫汽車和未來的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施足夠安全，必須能夠探測到空氣中極少量的氫。傳感器的速度必須足夠快，以便在火災發(fā)生前能夠迅速檢測到泄漏。

雖然目標主要是使用氫作為能源載體，傳感器也提出了其他可能性。高效的氫傳感器在電力網(wǎng)絡(luò)工業(yè)、化學和核能工業(yè)中都是必需的，而且還可以幫助改善醫(yī)療診斷。

從長遠來看，我們希望傳感器能夠以高效的方式串聯(lián)生產(chǎn)，例如使用3D打印機技術(shù)。

事實:世界上最快的氫傳感器

查爾默斯開發(fā)的傳感器基于一種光學現(xiàn)象——等離子體，這種現(xiàn)象發(fā)生在金屬納米粒子被照亮并捕獲一定波長的光時。這種光學納米傳感器包含數(shù)以百萬計的鈀金合金金屬納米顆粒，鈀金合金以其海綿狀的吸收大量氫的能力而聞名。當環(huán)境中的氫含量發(fā)生變化時，等離子體效應(yīng)會導致傳感器變色。傳感器周圍的塑料不僅是一種保護，而且通過促進氫分子更快地穿透金屬顆粒，從而更快地被檢測到，從而增加了傳感器的響應(yīng)時間。與此同時，塑料對環(huán)境起著有效的屏障作用，因為除了氫，沒有其他分子能到達納米顆粒，這就防止了失活。該傳感器的效率意味著它能夠在不到一秒的時間內(nèi)檢測到空氣中0.1%的氫氣，從而滿足汽車行業(yè)為未來氫汽車應(yīng)用設(shè)定的嚴格性能目標。