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瑞典查爾姆斯理工大學研最快氫氣傳感器 防止氫動力汽車氫氣泄露起火

(圖片來源:瑞典查爾姆斯理工大學官網)

據外媒報道,氫是一種清潔可再生能源載體,能夠為汽車提供動力,而唯一排放物是水。但是,氫氣和空氣混合時卻極易燃,因而需要特別有效的傳感器進行監控。如今,瑞典查爾姆斯理工大學(Chalmers University of Technology)的研究人員研發出首個氫氣傳感器,以滿足未來氫動力汽車的性能目標。

此次推出的是一種封裝在塑料材料中的光學納米傳感器,該傳感器的工作原理基于一種光學現象 – 等離子體,在大多數的金屬中,等離子體頻率接近紫外線的頻率,反射了可見光讓它們看起來很閃亮。一些金屬如銅和金,在可見區中有電子帶間過渡,借此吸收某些能量的(某些顏色的)光,讓它們擁有獨特的顏色。該光學納米傳感器中包含數以百萬計的鈀金合金金屬納米顆粒,鈀金合金可吸收大量氫氣。因此,當環境中的氫含量發生變化時,等離子體效應會導致該傳感器變色。

包裹該小型傳感器的塑料不止起到保護作用,還是一個關鍵部件,能通過加速氫氣分子進入到金屬顆粒中,從而加速傳感器的響應時間,探查到氫氣分子。同時,塑料還可作為有效的環境屏障,防止其他分子進入傳感器,使傳感器失效。因此,該傳感器能夠高效且不受干擾地工作,滿足汽車行業的嚴格要求,能夠在不到一秒的時間內檢測到空氣中含有0.1%的氫氣。

查爾姆斯理工大學物理系研究員Ferry Nugroho表示:“我們不僅研發出全球響應速度最快的氫氣傳感器,而其研發了一款隨著時間推移,能夠保持穩定,不會失效的傳感器。與現有的氫氣傳感器不同,我們的解決方案不需經常重新校準,因為其受到了塑料的保護”。

從多方面來看,探查氫氣都非常具有挑戰性。此類氣體不可見、無味,但是易揮發,極易燃,空氣中只需含有4%的氫氣就能產生氫氧氣體,有時也稱為氫氧混合氣(knallgas),最小的火花都能將此類氣體點燃。為了保證未來氫燃料汽車以及相關基礎設施的安全,必須探測空氣中微小含量的氫氣,而且傳感器的響應速度必須足夠快速,以便在起火發生之前探測到泄露的氫氣。

盡管該傳感器主要用于氫能源載體,但是其也有其他可能應用。電力網絡工業、化學和核能行業都需要此類高效氫氣傳感器,而且也可用于改善醫療診斷。

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