En brintsensor, der fungerer ved stuetemperatur

Forskere ved TU Delft har udviklet en meget følsom og alsidig brintsensor, der fungerer ved stuetemperatur. Sensoren er lavet af et tyndt lag af et materiale kaldet wolframtrioxid.

Brint har potentialet til at erstatte fossile brændstoffer som den vigtigste energibærer i den nærmeste fremtid. Det har den højeste energi pr. masse af ethvert brændstof og kan produceres bæredygtigt. Imidlertid, det er også brandfarligt, gør sensorer, der kan registrere det, til en absolut nødvendighed for overgangen til en brintøkonomi. Der findes allerede forskellige typer brintsensorer, men de fleste af disse sensorer kræver høje temperaturer for at fungere. Forskere ved TU Delft har nu udviklet en sensor, der fungerer ved stuetemperatur.

Et krystallinsk materiale

Den nye sensor er lavet af et materiale kaldet wolframtrioxid. En af egenskaberne ved wolframtrioxid er, at dens krystalgitterstruktur indeholder en masse åbne rum. Som resultat, materialet kan let doperes, som er praksis med at ændre dets elektroniske egenskaber ved at introducere andre atomer.

"I sig selv, wolframtrioxid er en isolator, " sagde Giordano Mattoni, hovedforfatteren. "Men når du doper det, du tilføjer elektroniske ladninger, som gør materialet til en anden farve og også gradvist ændrer det til et metal. Vi ville prøve at dope tynde film af wolframtrioxid med brintgas for at se, om det kunne fungere som en sensor."

Det viser sig, at den kan. Forskerne skabte først tynde plader af wolframtrioxid ved hjælp af en metode kaldet pulseret laseraflejring. Den vej, de var i stand til at afsætte enkelte lag af materialet på et substrat et efter et. "Ved brug af denne metode, vi skabte plader af wolframtrioxid med en tykkelse på kun ni nanometer, " sagde Mattoni.

Rumtemperaturdrift

Forskerne satte derefter platindråber oven på de tynde lag af wolframtrioxid. Platin er velkendt for at fungere som en katalysator, der adskiller brintmolekylerne i enkelte brintatomer. Disse atomer, forskerne observerede, kunne derefter komme ind i gitterstrukturen af ​​wolframtrioxid, langsomt forvandler det fra en isolator til et metal. "Det betyder at, ved at måle materialets modstand, vi kan bestemme mængden af ​​brint til stede i miljøet, " forklarede Mattoni.

Det, der adskiller denne nye brintsensor fra de fleste andre sensorer, er, at den kan bruges ved stuetemperatur. "Det er også meget mere følsomt end kommercielt tilgængelige produkter, og det kan genbruges på få minutter, " tilføjede Mattoni. "Også, ved at øge eller sænke sensorens temperatur, følsomhedsområdet kan indstilles til forskellige applikationer."

Endelig, tyndfilmsnaturen og kompatibiliteten med nuværende halvlederteknologier gør det muligt at opskalere sensoren til masseproduktion. Mattoni og TU Delft har indgivet en patentansøgning for denne nye sensorteknologi.