沙乌地阿拉伯一个研究团队成功开发出一款具备高度灵敏度且成本效益的新型氢气侦测装置,实验结果显示,其性能表现优於目前市面上的商业氢气侦测器。
绿氢作为一种透过再生能源电解水产生的能源载体,燃烧後仅生成水蒸气和能量,因此被视为极具潜力的「洁净」化石燃料替代方案。然而,氢气无论以气态或液态形式存在,都具有潜在的爆炸危险性。
这款新型装置核心材料是一种名为 DPP-DTT 的半导体聚合物,透过旋涂技术沉积在一对铂电极上。当该装置暴露於氢气环境中时,流经装置的电流会显着降低,降幅最高可达一万倍。值得注意的是,这种电流的快速下降(在不到一秒内发生)与侦测到的氢气浓度呈现直接的对应关系。
这款新型氢气侦测装置能在室温下运作,并且能够侦测到低至十亿分之 192 (192 ppb) 的微量氢气,同时功耗极低,仅约 2 微瓦,相当於石英或机械手表的耗电量。实验室测试证明,该装置在广泛的温度和湿度范围内都能稳定运行,并可维持长达两年的功能性。
此外,该感测器还能有效侦测到乙醇、丙??等挥发性分子混合物以及复杂气体混合物中的氢气。唯有在完全缺乏氧气的环境下,其侦测功能才会失效,而氧气是该装置运作机制中的关键要素。
其运作原理在於,空气中的氧气会进入聚合物并从材料中抽取电子,进而增加流经装置的电流,并在聚合物内部和电极上留下氧原子。当环境中同时存在氢气时,氢气也会穿过聚合物到达电极,并分解为吸附在铂表面的氢原子。
这些氢原子随後与氧原子结合形成水,并以水蒸气的形式逸散。因此,环境中氢气的存在会导致装置内氧含量的减少,进而降低电流,以此作为氢气存在的讯号。
研究团队进一步发现,采用低成本的网版印刷技术同样能将 DPP-DTT 沉积到电极上,并制造出性能相近的感测装置。他们指出,这种感测器有??以低廉的成本进行量产,使其成为快速识别氢气泄漏的一种经济且实用的解决方案。