Gode ​​vibrationer:Brug af piezoelektricitet til at sikre hydrogensensorfølsomhed

Et team ved Osaka University har opfundet en ny proces til at skabe højpræcisionssensorer, der reagerer på tilstedeværelsen af ​​hydrogengas. Ved omhyggeligt at kontrollere aflejringen af ​​metalliske nanopartikler på en siliciumoverflade, forskerne var i stand til at oprette en sensor, der kan registrere lave niveauer af brint på grundlag af ændringer i elektrisk strøm. Denne forskning kan have vigtige fordele som led i en omstilling til brintbaserede brændstoffer, som kunne drive fremtidens nul-emissionsbiler og hjælpe med at bekæmpe menneskeskabte klimaændringer.

For at fremstille en brintføler, forskerne deponerede metallisk palladium på et siliciumsubstrat. Det deponerede palladium danner nanopartikler på substratet, og de fungerer som små øer, der er fremragende ledere af elektricitet - men fordi de ikke danner et tilsluttet netværk, strømmen på tværs af enheden er meget lille.

Imidlertid, når der findes hydrogenatomer, de absorberes i palladium nanopartikler, øge mængden af ​​nanopartikler, og derefter bygge bro mellem øerne. Til sidst, der dannes en fuldstændig forbundet sti, og elektroner kan flyde med meget mindre modstand. På denne måde, selv en lille ændring i brintkoncentrationen kan føre til en massiv stigning i strømmen, så enhederne kan gøres meget følsomme.

En væsentlig udfordring, Osaka -forskerne måtte overvinde, var netop at kontrollere hullerne mellem øerne for at deponere i første omgang. Hvis deponeringstiden var for kort, huller mellem nanopartiklerne er for brede, og de ville ikke blive broet, selv når der var brint. Omvendt hvis deponeringstiden var for lang, nanopartiklerne ville danne et forbundet netværk på egen hånd, selv før brint blev påført. For at optimere sensorens respons, forskergruppen udviklede en ny metode til overvågning og kontrol af aflejring af palladium kaldet piezoelektrisk resonans.

"Piezoelektriske materialer, såsom en kvartskrystal i et armbåndsur, kan vibrere med en meget specifik frekvens som reaktion på en påført spænding, "forklarer seniorforfatter Dr. Hirotsugu Ogi. Her, et stykke piezoelektrisk lithiumniobat blev sat til at vibrere under prøven under den metalliske nanopartikelaflejring. Den oscillerende piezoelektriske skabte et elektrisk felt omkring prøven, hvilket igen inducerede en strøm i enheden, der var afhængig af forbindelsen mellem palladiumnetværket.

Derefter, svækkelsen af ​​svingningen ændres afhængigt af forbindelsen. Derfor, ved at lytte til lyden (måling af dæmpningen) af det piezoelektriske materiale, forbindelsen kan overvåges.

"Ved at optimere aflejringstiden ved hjælp af den piezoelektriske resonansmetode, de resulterende brintfølere var 12 gange mere følsomme end før, "Første forfatter Dr. Nobutomo Nakamura siger." Disse enheder kan repræsentere et skridt i retning af en renere fremtid med brint. "

Værket er udgivet i Anvendt fysik bogstaver som "Præcis kontrol af hydrogenrespons af halvkontinuerlig palladiumfilm ved hjælp af piezoelektrisk resonansmetode.".