大阪大学 使用钯纳米粒子的氢传感示意图
没有氢的存在，金属钯纳米粒子(橙色点)就像孤立的孤岛，电流不能轻易流过器件
相比之下，当设备暴露在少量的氢中时，氢原子可以桥接岛之间的间隙，形成一个连接的网络，允许大电流通过(红线)
学分:大阪大学 大阪大学的一个团队发明了一种新的方法来制造高精度的传感装置，以响应氢气的存在
通过仔细控制金属纳米粒子在硅表面的沉积，研究人员能够制造出一种传感器，该传感器可以根据电流的变化检测低水平的氢
这项研究作为转向氢基燃料的一部分可能有重要的好处，氢基燃料可以为未来的零排放汽车提供动力，并有助于对抗人为的气候变化
为了制造氢传感器，研究人员在硅衬底上沉积了金属钯
沉积的钯在基底上形成纳米粒子，它们就像是优秀的电导体的小岛，但是因为它们没有形成一个相连的网络，所以通过设备的电流非常小
然而，当氢原子存在时，它们被钯纳米粒子吸收，增加了纳米粒子的体积，然后桥接了岛之间的间隙
最终，一条完全连通的路径形成了，电子可以以小得多的阻力流动
这样，即使氢气浓度的微小变化也会导致电流的大幅增加，因此设备可以变得非常灵敏
大阪研究人员必须克服的一个重大挑战是，首先要精确控制岛屿之间的间隙，以便进行沉积
如果沉积时间太短，纳米粒子之间的间隙太宽，即使存在氢，它们也不会被桥接
相反，如果沉积时间太长，纳米粒子会自己形成一个相连的网络，甚至在施加氢气之前
为了优化传感器的响应，研究小组开发了一种监测和控制钯沉积的新方法，称为压电共振
说明压电谐振如何用于评估器件制造过程中钯颗粒之间的分离
当钯纳米粒子(黄色)被添加到样品中时，振动的压电材料(绿色长方体)在基底(灰色)表面附近产生交变电场(蓝色箭头)，在沉积的钯(橙色粒子)中产生电流
这导致压电材料的一些振动能量损失
当钯颗粒相互接触时，能量损失的值最大，因此沉积可以在最佳纳米颗粒浓度下停止
学分:大阪大学 “压电材料，如手表中的石英晶体，可以响应外加电压以非常特定的频率振动，”资深作者Dr
广冢奥吉解释道
这里，一块压电铌酸锂被设置为在金属纳米粒子沉积期间在样品下面振动
振荡的压电在样品周围产生电场，反过来在装置中感应出电流，这取决于钯网络的连通性
然后，振荡的衰减根据连通性而变化
因此，通过听压电材料的声音(测量衰减)，可以监控连通性
“通过使用压电共振方法优化沉积时间，最终的氢传感器比以前灵敏12倍。”
Nakamura nobutomo说
“这些设备可能代表着迈向更清洁能源未来的一步，包括氢
" 这项工作发表在《应用物理快报》上，名为“用压电共振方法精确控制半连续钯膜的氢响应”
"
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