Doktorand Ebtsam Alenezy innehar en prototyp av den ljusaktiverade vätesensorn, som kan leverera ultraexakta resultat vid rumstemperatur. Kredit:RMIT University
Inspirerad av ytan av fjärilsvingar, forskare har utvecklat en ljusaktiverad vätesensor som ger ultraprecisa resultat vid rumstemperatur.
Tekniken kan upptäcka vätgasläckor långt innan de utgör säkerhetsrisker och kan mäta små mängder av gasen på människors andetag, för att diagnostisera tarmsjukdomar.
Kommersiella vätesensorer fungerar endast vid temperaturer på 150°C eller högre, men prototypen utvecklad av forskare vid RMIT University i Melbourne, Australien, drivs av ljus istället för värme.
Sensorn, baserad på ojämna mikrostrukturer som imiterar ytan på fjärilsvingar, beskrivs i en ny studie publicerad i tidskriften ACS-sensorer .
Den ledande forskaren Dr. Ylias Sabri sa att prototypen var skalbar, kostnadseffektiv och erbjöd ett totalt paket av funktioner som inte kunde matchas av någon vätesensor som finns på marknaden för närvarande.
"Vissa sensorer kan mäta små mängder, andra kan upptäcka större koncentrationer; de behöver alla mycket värme för att fungera, sa Sabri.
"Vår vätesensor kan göra allt - den är känslig, selektiv, fungerar i rumstemperatur och kan detektera över ett helt spektrum av nivåer."
Sensorn kan detektera väte i koncentrationer från så lite som 10 ppm molekyler (för medicinska diagnoser) till 40, 000 miljondelar (nivån där gasen blir potentiellt explosiv).
Den ledande forskaren Dr. Ahmad Kandjani sa att det breda detektionsområdet gjorde den idealisk för både medicinsk användning och för att öka säkerheten i den framväxande väteekonomin.
Sensorn är gjord med ett elektroniskt chip, som är täckt med ett tunt lager fotoniska kristaller och sedan en titanpalladiumkomposit. Kredit:RMIT University
"Väte har potential att bli framtidens bränsle men vi vet att säkerhetsrädslor kan påverka allmänhetens förtroende för denna förnybara energikälla, " han sa.
"Genom att leverera exakt och pålitlig avkänningsteknik som kan upptäcka de minsta läckor, långt innan de blir farliga, vi hoppas kunna bidra till att främja en väteekonomi som kan förändra energiförsörjningen runt om i världen."
Butterfly bumps:Hur sensorn fungerar
Den innovativa kärnan i den nya sensorn består av små sfärer som kallas fotoniska eller kolloidala kristaller.
Dessa ihåliga former, liknar de mycket små knölarna som finns på ytan av fjärilsvingar, är välordnade strukturer som är ultraeffektiva på att absorbera ljus.
Den effektiviteten innebär att den nya sensorn kan dra all energi den behöver för att fungera från en ljusstråle, snarare än från värme.
Ph.D. forskaren och första författaren Ebtsam Alenezy sa att rumstemperatursensorn var säkrare och billigare att köra, jämfört med kommersiella vätesensorer som vanligtvis arbetar vid 150C till 400C.
"De fotoniska kristallerna gör att vår sensor kan aktiveras av ljus och de ger också den strukturella konsistensen som är avgörande för tillförlitlig gasavkänning, " Hon sa.
"Att ha en konsekvent struktur, konsekvent tillverkningskvalitet och konsekventa resultat är avgörande – och det är vad naturen har levererat till oss genom dessa bioinspirerade former.
Dessa små ihåliga sfärer som kallas fotoniska kristaller, inspirerad av den ojämna ytan av fjärilsvingar, är den innovativa kärnan i den nya vätesensorn. Bild förstorad 40, 000 gånger. Kredit:RMIT University
"Den välutvecklade tillverkningsprocessen för fotoniska kristaller innebär också att vår teknik är lätt skalbar till industriella nivåer, eftersom hundratals sensorer snabbt kan produceras på en gång."
För att göra sensorn, ett elektroniskt chip täcks först med ett tunt lager av fotoniska kristaller och sedan med en titanpalladiumkomposit.
När väte interagerar med chipet, gasen omvandlas till vatten. Denna process skapar en elektronisk ström och genom att mäta strömmens storlek, sensorn kan säga exakt hur mycket väte som finns.
Till skillnad från många kommersiella sensorer som kämpar i närvaro av kväveoxid, den nya tekniken är mycket selektiv så att den exakt kan isolera väte från andra gaser.
Medicinska tillämpningar
Med förhöjda nivåer av väte som är kända för att vara kopplade till gastrointestinala störningar, Tekniken har stor potential att användas vid medicinsk diagnostik och övervakning.
För närvarande, den vanliga diagnostiska metoden är genom utandningsprover, som skickas till labb för bearbetning.
Sabri sa att det nya chippet skulle kunna integreras i en handhållen enhet för att ge omedelbara resultat.
"Med magsjukdomar, skillnaden mellan hälsosamma nivåer av väte och ohälsosamma nivåer är minimal – bara 10 ppm – men vår sensor kan noggrant mäta sådana små skillnader, " han sa.
En provisorisk patentansökan har lämnats in för tekniken och forskargruppen hoppas kunna samarbeta med tillverkare av vätesensorer, bränsleceller, batterier eller medicinska diagnostiska företag för att kommersialisera sensorn.
