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资料图 瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员展示了第一批用于氢动力汽车未来性能指标的氢传感器
第一个满足未来氢动力汽车性能目标的氢传感器
如今，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员提出了有史以来第一个氢传感器，以满足未来氢动力汽车的性能目标。
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资料图 氢传感器工作原理
该发现是一种封装在塑料材料中的光学纳米传感器。该传感器基于一种光学现象——等离子体——当金属纳米粒子被照亮并捕获可见光时就会发生这种现象。当环境中的氢含量变化时，传感器就会改变颜色。
微型传感器周围的塑料不仅可以起到保护作用，而且还是一个关键部件。它通过加速将氢气体分子吸收到能被探测到的金属颗粒中，从而提高了传感器的响应时间。同时，塑料作为一个对环境的有效屏障工具，可以防止任何其他分子进入和停用传感器。因此，该传感器能够不受干扰的高效工作，从而满足汽车工业的严格要求——能够在不到一秒钟的时间内检测到空气中0.1%的氢。
“我们不仅开发了世界上最快的氢传感器，而且还开发了一种随着时间推移保持稳定、不会失效的传感器。与今天的氢传感器不同，我们的解决方案不需要经常重新校准，因为它受到塑料的保护”，研究人员说道。
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资料图 氢传感器应用示例图
在研究过程中，研究人员表明目前还没有人能够成功地达到未来氢动力汽车对氢传感器的严格响应时间要求。他们意识到他们离目标只有一秒钟的距离，甚至没有试图优化它。塑料最初主要是作为一个屏障，但它的工作效果比他们想象的要好，因为它还使传感器的速度更快，这一发现导致了一段紧张的实验和理论工作。
检测氢气在很多方面都具有挑战性。这种气体不可见，没有气味，但易挥发，极易燃烧。它只需要空气中4%的氢就可以产生氢氧气体，因此有时也被称为knallgas，这种气体在最小的火花处点燃。为了使氢汽车和未来的相关基础设施足够安全，必须能够检测到空气中极少量的氢，传感器必须足够快，以便在火灾发生前快速检测到泄漏。
虽然这次研究的目标主要是利用氢作为能量载体，但传感器也提供了其他可能性。在电网工业、化学工业和核电工业中，高效氢传感器是必不可少的，它还可以帮助改善医疗诊断。
“我们呼吸中的氢气量可以为炎症和食物不耐症提供答案。我们希望我们的研究成果能广泛应用。这不仅仅是一本科学出版物，”研究人员表明。
从长远来看，希望传感器能够以高效的方式串联生产，例如使用三维打印机技术。
事实：世界上最快的氢传感器
•研究人员开发的传感器基于一种光学现象——等离子体——当金属纳米粒子被照亮并捕获特定波长的光时发生。
•光学纳米传感器含有数以百万计的钯金合金金属纳米粒子，这种材料以其海绵状的吸收大量氢的能力而闻名。当环境中的氢含量发生变化时，等离子体效应会使传感器变色。
•传感器周围的塑料不仅是一种保护，而且通过促进氢分子更快地穿透金属颗粒从而更快地被检测到，从而增加传感器的响应时间。同时，塑料对环境起到了有效的屏障作用，因为除了氢以外，没有其他分子能接触到纳米颗粒，从而阻止了失活。
•传感器的效率意味着它能够在不到一秒钟的时间内检测到空气中0.1%的氢，从而满足汽车工业为未来氢汽车应用设定的严格性能目标。
