复旦科学家研发氢气浓度无电可视化传感器有望提高安全系数_气品资讯

氢气是一种非常清洁的新能源，同时也是一种易燃易爆的气体，如果处理不好，很容易引起事故。近期，复旦大学材料科学系梅永丰课题组利用自卷曲纳米薄膜在氢气可视化探测方面取得新进展，他们利用金属钯在氢气环境中的体积膨胀，通过卷曲纳米技术，成功制备出具有刺激-响应功能的大面积高密度卷曲纳米薄膜触发器阵列芯片，并有望转化为实际产品，为相关产业的安全保驾护航。该研究成果以“氢气可视化检测的刺激响应微卷阵列芯片研究”为题在线发表于《科学》子刊《科学进展》上。

折纸作为一种传统的艺术，可以将二维平面的纸张转变成复杂的三维结构。受折纸的启发，梅永丰课题组完成的这一独特的卷曲纳米薄膜触发器阵列芯片。该刺激-响应卷曲纳米薄膜阵列由钛、铬、钯三层纳米薄膜构成，其中钛、铬层作为应变层，钯层作为刺激-响应层，通过电子束蒸发的方法依次沉积到玻璃基片上。其制备的关键是纳米薄膜的质量控制及沉积条件，通过对厚度、密度和整合度等参数的控制保证纳米薄膜的均匀性。

传统的氢气检测设备的敏感度不够，容易忽略潜在的危险。梅永丰介绍说，为了更加直观的表现刺激-响应卷曲纳米薄膜阵列在氢气环境下的刺激-响应行为，课题组设计了一个独特的薄膜阵列，在低浓度氢气的刺激下，就可以观察到非常明显的响应行为和可视化观察。研究数据显示，该薄膜阵列的响应时间最快为3.4s，恢复时间最快为7.6s。在图案设计的优化下，透过率的变化超过了50%；在钯层厚度的优化下，氢气浓度的检测极限低至1%，非常敏感。

另外，因为该卷曲纳米薄膜触发器阵列芯片无需使用任何电力驱动，可以减少因为电火花而产生的氢气爆炸的潜在危险系数，性能和指标均可超过传统的氢气检测设备。

梅永丰表示，该成果可用于石油化工行业、新能源汽车产业等的无电安全检测。这项研究工作也为开发新型高集成度高密度的三维宏观功能器件与系统提供了新思路。