Ett team av forskare från Northern Illinois University, med en stor roll spelad av NIU Ph.D. studenter, har upptäckt en ny, bekvämt och billigt sätt att göra högpresterande vätesensorer med palladium nanotrådar.
Tekniken kan hjälpa till att möjliggöra en uppskalning för potentiella industriella tillämpningar, som säkerhetsmonitorer i framtida vätgasdrivna fordon.
Mycket brandfarlig vätgas kan inte luktas som naturgas. Den nya tekniken producerar sensorer i nanoskala som fungerar extremt snabbt och som skulle möjliggöra stängning av säkerhetsventiler innan farliga koncentrationer av gasen kunde nås.
Forskare har känt till att palladium nanotrådar visade lovande som vätgassensorer i hastighet, känslighet och ultralåg strömförbrukning. Men användningen av enstaka nanotrådar av palladium stod inför utmaningar på flera områden, inklusive nanotillverkning.
"Vi rapporterar om vätesensorer som drar fördel av enstaka palladiumnanotrådar i hög hastighet och känslighet och som enkelt och billigt kan tillverkas, ” sa huvudförfattaren Xiaoqiao (Vivian) Zeng, en Ph.D. student i kemi och biokemi vid NIU. Den nya forskningen publiceras i januariupplagan av American Chemical Societys prestigefyllda tidskrift Nanobokstäver .
"De nya typerna av vätesensorer är baserade på nätverk av ultrasmå ( <10 nanometer) palladium nanotrådar som uppnås genom att sputterdeponera palladium på ytan av ett kommersiellt tillgängligt och billigt filtreringsmembran, sa Zeng.
Forskningen utfördes vid både Northern Illinois University och Argonne National Laboratory. Forskarna fann också att sensorernas hastighet ökar med minskande tjocklek på nanotrådarna av palladium. Sensorerna är 10 till 100 gånger snabbare än sina motsvarigheter gjorda av en kontinuerlig palladiumfilm av samma tjocklek.
"Den överlägsna prestandan hos de ultrasmå palladium nanotråd nätverksbaserade sensorerna visar nyheten i tillverkningsmetoden, som kan användas för att tillverka högpresterande sensorer för andra gaser, ” sa Zhili Xiao, professor i fysik vid NIU:s presidentforskning, ledare för forskargruppen och medrådgivare till Zeng.
Xiao noterade att Zengs exceptionella bidrag till forskningen är särskilt imponerande för en Ph.D. kandidat. Zeng kom till NIU hösten 2008 efter att ha tagit sin magisterexamen från University of Science and Technology Beijing. Hon är nu mottagare av NIU Nanoscience Fellowship, tillsammans med universitetet och Argonne.
"Det är extremt konkurrenskraftigt att publicera en artikel i Nano Letters, som har en mycket hög effektfaktor som är bättre till och med än de traditionellt prestigefyllda kemiska och fysikaliska tidskrifterna, sa Xiao. "Vi är stolta över Vivians prestationer och tacksamma för hennes kreativitet och flit.
"Nanorearch är verkligen tvärvetenskapligt, ”, tillade Xiao. "Kemister har utan tvekan visat fördelar inom nanotillverkning genom att använda metoder för kemisk syntes för att erhålla extrema nanostrukturer, medan fysiker har styrkor i att utforska nya fysikaliska egenskaper på nanoskala. Denna forskning gynnades enormt av Vivians expertis inom kemi. Faktiskt, substraten som används för att bilda de nya nätverken av palladium nanotrådar är vanliga filtreringselement kända för kemister."
