研究人员开发基于模仿蝴蝶翅膀的光激活氢传感器

受蝴蝶翅膀表面的启发，研究人员开发了一种光激活氢传感器，该传感器在室温下可产生超高精度结果。该技术可以在氢气泄漏构成安全隐患之前就对其进行检测，并且可以测量人们呼吸中的少量气体，以诊断肠道疾病。

商用氢传感器只能在150°C或更高的温度下工作，但是由澳大利亚墨尔本皇家墨尔本理工大学的研究人员开发的，其原型是由光而不是热量驱动的。

该传感器基于模仿蝴蝶翅膀表面的凹凸微结构，在《ACS传感器》杂志上发表的一项新研究中有详细介绍。

共同首席研究员Ylias Sabri博士说，该原型机具有可扩展性，成本效益，并提供了目前市场上任何氢传感器无法比拟的全部功能。

萨布里说：“有些传感器只能测量极少量，有些可以检测到较大的浓度；它们都需要大量的热量才能工作。而我们的氢传感器不仅灵敏，且选择性强，可在室温下工作，并且可以检测整个水平范围。”

该传感器可以检测到浓度范围从百万分之10的分子（用于医学诊断）到40,000百万（该气体可能爆炸的水平）的氢气。

共同首席研究员艾哈迈德·坎贾尼博士（Ahmad Kandjani）说，广泛的检测范围使其成为新兴的氢经济中医疗用途和增强安全性的理想之选。

他说：“氢气有潜力成为未来的燃料，但我们知道，安全隐患可能会影响公众对这种可再生能源的信心。”

“我们希望通过提供精确而可靠的传感技术来检测微小的泄漏，甚至早在泄漏变得危险之前，我们希望为推动氢经济发展做出贡献，从而可以改变全世界的能源供应。”

受到蝴蝶启发的传感器如何工作？

新传感器的创新核心点在于：它由称为光子或胶体晶体的微小球体组成。

这些空心形状类似于在蝴蝶翅膀表面上发现的微小凸起，是高度有序的结构，在吸收光方面非常有效。

这种效率意味着新传感器可以从光束而不是热量中吸收其运行所需的所有能量。

这些微小的空心球（称为光子晶体）是新型氢传感器的创新核心，它受到蝴蝶翅膀凹凸不平的表面的启发。（图像放大40,000倍）

博士 研究人员和第一作者Ebtsam Alenezy表示，与通常在150C至400C下运行的商用氢传感器相比，该室温传感器更安全，更便宜。 她说：“光子晶体使我们的传感器能够被光激活，它们还提供了对可靠的气体感应至关重要的结构一致性。具有一致的结构，一致的制造质量和一致的结果至关重要，而这正是自然界通过这些具有生物灵感的形状为我们带来的。

“成熟的光子晶体制造工艺也意味着我们的技术很容易扩展到工业水平，因为可以一次快速生产数百个传感器。”

为了制造传感器，首先用光子晶体的薄层覆盖电子芯片，然后用钛钯复合材料覆盖。

当氢与碎片相互作用时，气体转化为水。这个过程会产生一个电子电流，通过测量电流的大小，传感器可以准确地分辨出有多少氢存在。

与许多在氮氧化物存在下挣扎的商用传感器不同，该新技术具有很高的选择性，因此可以准确地将氢气与其他气体隔离。

该传感器由电子芯片制成，该电子芯片被一层薄薄的光子晶体覆盖，然后被钛钯复合材料覆盖。

医疗应用

由于已知氢气水平升高与胃肠道疾病有关，该技术在医学诊断和监测中具有强大的潜力。

当前，标准的诊断方法是通过呼吸样本，将其送至实验室进行处理。

萨布里说，新芯片可以集成到手持设备中，以提供即时结果。

他说：“在肠道条件下，健康的氢水平与不健康的水平之间的差异很小，仅为百万分之十。但是我们的传感器可以准确地测量出如此微小的差异。”
编辑：hfy