Forskare vid TU Delft har utvecklat en mycket känslig och mångsidig vätesensor som fungerar i rumstemperatur. Sensorn är gjord av ett tunt lager av ett material som kallas volframtrioxid.

Vätgas har potential att ersätta fossila bränslen som den viktigaste energibäraren inom en snar framtid. Den har den högsta energin per massa av något bränsle och kan produceras på ett hållbart sätt. Dock, det är också brandfarligt, gör sensorer som kan detektera det till en absolut nödvändighet för övergången till en väteekonomi. Olika typer av vätesensorer finns redan, men de flesta av dessa sensorer kräver höga temperaturer för att fungera. Forskare vid TU Delft har nu utvecklat en sensor som fungerar i rumstemperatur.

Ett kristallint material

Den nya sensorn är tillverkad av ett material som kallas volframtrioxid. En av egenskaperna hos volframtrioxid är att dess kristallgitterstruktur innehåller många öppna ytor. Som ett resultat, materialet kan lätt dopas, vilket är praxis att ändra sina elektroniska egenskaper genom att introducera andra atomer.

"Av sig själv, volframtrioxid är en isolator, sade Giordano Mattoni, huvudförfattaren. "Men när du dopar det, du lägger till elektroniska laddningar som gör materialet till en annan färg och också gradvis ändrar det till en metall. Vi ville försöka doppa tunna filmer av volframtrioxid med vätgas för att se om det kunde fungera som en sensor. "

Det visar sig att det kan. Forskarna skapade först tunna ark volframtrioxid med en metod som kallas pulserad laseravsättning. På det sättet, de kunde avsätta enstaka lager av materialet på ett substrat ett efter ett. "Med den här metoden, vi skapade ark av volframtrioxid med en tjocklek på endast nio nanometer, sa Mattoni.

Rumstemperatur

Forskarna lade sedan platinadroppar ovanpå de tunna lagren av volframtrioxid. Platina är välkänt för att fungera som en katalysator som separerar vätemolekylerna i enskilda väteatomer. Dessa atomer, forskarna observerade, kan sedan komma in i gitterstrukturen av volframtrioxid, långsamt förvandla den från en isolator till en metall. "Detta innebär att, genom att mäta materialets motstånd, vi kan bestämma mängden väte som finns i miljön, " förklarade Mattoni.

Det som skiljer denna nya vätgassensor från de flesta andra sensorer är att den kan användas i rumstemperatur. "Det är också mycket känsligare än kommersiellt tillgängliga produkter och det kan återanvändas på några minuter, " tillade Mattoni. "Också, genom att öka eller minska temperaturen på sensorn, känslighetsområdet kan ställas in för olika applikationer."

Till sist, tunnfilmskaraktären och kompatibiliteten med nuvarande halvledarteknologi gör att sensorn kan skalas upp till massproduktion. Mattoni och TU Delft har lämnat in en patentansökan för denna nya avkänningsteknologi.