氢气是所有已知分子中最小、最轻的，其无色无味的性质使其很容易泄漏。此外，当在密闭空间中浓度超过 4% 时，也会造成着火或爆炸的风险。氢气要成为未来能源行业的主力军，必须通过超灵敏气体检测技术确保天然气生产、储存、运输等整个天然气处理过程的安全问题。然而，使用电信号的传统气体泄漏传感器容易产生电火花，从而导致泄漏的氢气爆炸。此外，主流的基于电极的接触传感器根据设备的接触状态影响信号的有效稳定性，信号保真度较弱。因此，需要通过非接触模式检测来实现稳定、非爆炸性的，以消除任何可能的危险，人们一直致力于开发一种不会导致灾难情况的安全装置。
韩国科学技术研究院 (KIST)宣布，由传感器系统研究中心和 KU-KIST 研究生院的 Minah Seo 博士以及健康科学学院生物医学工程学院的 Yong-Sang Ryu 教授领导的团队，高丽大学开发出一种非接触式太赫兹光传感器。它可以在常温常压的现实环境中检测出小至0.25%的氢气泄漏，这是光学检测方法检测限性能的世界顶级水平。
光谱学是测量分析样品光学常数值变化的非接触式观察方法。在该方法中，通过测量反应物质遇到氢气时光学特性的变化，以非侵入方式观察反应物质的变化。太赫兹电磁波具有非常宽的频带，这使得它们对气体分子的自然振动敏感，并且可以在光谱学中利用来解析各种气体、DNA和氨基酸等分子中的微小独特信息和差异。然而，由于与微量氢气相互作用的概率较低，且缺乏放大太赫兹波信号的技术，因此在实际应用中一直存在困难。
研究小组专注于氢渗透到钯金属中的特性，并制定了一种研究策略，通过光与物质的相互作用来解决这个问题。研究人员开发了一种气体检测传感平台，可以使用能够放大特定电磁波波段信号的超材料，灵敏地测量由微量气体引起的太赫兹光信号的变化。该团队首先开发了一种太赫兹超材料，可以放大气敏太赫兹频段的信号，然后将钯均匀地涂在超材料上，创造出一个极其狭窄的14纳米空间，以最大限度地提高太赫兹信号的灵敏度。钯不仅在表面吸附的氢和氧催化反应生成水分子中发挥双功能，而且在储氢中发挥双功能。为了模拟真实环境(80% 的氮气，20% 的氧气)，将氢气和氧气注入开发的传感室并暴露于太赫兹传感平台。结果显示，通过显着的光学信号变化，对暴露的氢气有很大的责任，并且这些信号以实时的方式进行了科学分析。超薄钯与超灵敏光学带宽(太赫兹)的使用提供了协同性能，能够将低于 1% 的氢气泄漏检测到实时检测水平。
平台设计过程中不仅考虑了优越的检测性能，还考虑了检测平台的可重用性。一般来说，钯等金属氢化物很难重复使用，因为它们是不可逆的，这意味着它们在相变后无法恢复到原始状态，但韩国科学技术研究院-高丽大学研究团队通过特殊的处理技术确保了样品的可重复使用性。他们还成功开发了一种通过光信号在纳米尺度上非接触式实时追踪氢解吸机制的技术。
“现有的光传感器在常温、常压和湿度环境下的可靠性非常有限，但这是一项很有前途的技术，它不仅可以检测和筛选气体，还可以通过大幅提高灵敏度来检测和筛选极少量的各种生化物质，”博士说。 Minah Seo，该研究的主要作者。“预计将用于开发一种系统，通过移动、现场、实时检查，能够对各种有害因素、气体和疾病立即做出反应。”
“除了太赫兹测量技术之外，它还开辟了目视检查金属表面上发生的各种气体吸附和解吸过程以及分子级化学反应机制的可能性，”该论文的主要作者、高丽大学教授 Ryu Yong-sang 说。研究。
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！
