導讀：氫氣是由水產生的，水在風力或太陽能的電力幫助下被分解，因此在氫作為能源載體的可持續社會中，快速準確的傳感器至關重要。比如在由燃料電池驅動的汽車中，為了避免氫氣與空氣混合時形成易燃易爆氣體，氫氣傳感器需要能夠快速檢測洩漏。
資料圖 瑞典查爾姆斯理工大學的研究人員展示了第一批用於氫動力汽車未來性能指標的氫傳感器
第一個滿足未來氫動力汽車性能目標的氫傳感器
如今，瑞典查爾姆斯理工大學的研究人員提出了有史以來第一個氫傳感器，以滿足未來氫動力汽車的性能目標。
資料圖 氫傳感器工作原理
該發現是一種封裝在塑料材料中的光學納米傳感器。該傳感器基於一種光學現象——等離子體——當金屬納米粒子被照亮並捕獲可見光時就會發生這種現象。當環境中的氫含量變化時，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，而且還是一個關鍵部件。它通過加速將氫氣體分子吸收到能被探測到的金屬顆粒中，從而提高了傳感器的響應時間。同時，塑料作為一個對環境的有效屏障工具，可以防止任何其他分子進入和停用傳感器。因此，該傳感器能夠不受干擾的高效工作，從而滿足汽車工業的嚴格要求——能夠在不到一秒鐘的時間內檢測到空氣中0.1%的氫。
“我們不僅開發了世界上最快的氫傳感器，而且還開發了一種隨著時間推移保持穩定、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常重新校準，因為它受到塑料的保護”，研究人員說道。
資料圖 氫傳感器應用示例圖
在研究過程中，研究人員表明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，這一發現導致了一段緊張的實驗和理論工作。
檢測氫氣在很多方面都具有挑戰性。這種氣體不可見，沒有氣味，但易揮發，極易燃燒。它只需要空氣中4%的氫就可以產生氫氧氣體，因此有時也被稱為knallgas，這種氣體在最小的火花處點燃。為了使氫汽車和未來的相關基礎設施足夠安全，必須能夠檢測到空氣中極少量的氫，傳感器必須足夠快，以便在火災發生前快速檢測到洩漏。
雖然這次研究的目標主要是利用氫作為能量載體，但傳感器也提供了其他可能性。在電網工業、化學工業和核電工業中，高效氫傳感器是必不可少的，它還可以幫助改善醫療診斷。
“我們呼吸中的氫氣量可以為炎症和食物不耐症提供答案。我們希望我們的研究成果能廣泛應用。這不僅僅是一本科學出版物，”研究人員表明。
從長遠來看，希望傳感器能夠以高效的方式串聯生產，例如使用三維打印機技術。
事實：世界上最快的氫傳感器
•研究人員開發的傳感器基於一種光學現象——等離子體——當金屬納米粒子被照亮並捕獲特定波長的光時發生。
•光學納米傳感器含有數以百萬計的鈀金合金金屬納米粒子，這種材料以其海綿狀的吸收大量氫的能力而聞名。當環境中的氫含量發生變化時，等離子體效應會使傳感器變色。
•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，從而增加傳感器的響應時間。同時，塑料對環境起到了有效的屏障作用，因為除了氫以外，沒有其他分子能接觸到納米顆粒，從而阻止了失活。
•傳感器的效率意味著它能夠在不到一秒鐘的時間內檢測到空氣中0.1%的氫，從而滿足汽車工業為未來氫汽車應用設定的嚴格性能目標。
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