代尔夫特理工大学 图1
光学氢传感器工作原理示意图
在氢附近，钽和钯基材料吸收氢
该区域的氢含量越大，材料吸收的氢就越多
当这种材料吸收氢时，它的光学性质会发生变化
例如，通过测量材料反射的光量，可以确定氢气压力或浓度
信用:TU Delft 在向完全可持续的经济转型的过程中，氢发挥着越来越重要的作用
它已经在工业上大规模使用，但也更多地用于可持续能源储存，特别是作为大型和重型车辆的燃料
有计划将现有的天然气网络转化为氢气网络
然而，在某些情况下，氢气是一种可燃气体，有时甚至是爆炸性气体，因此尽快找到最微小的氢气泄漏非常重要
这使得廉价、可靠的传感器能够快速检测到至关重要的少量氢气
代尔夫特大学的研究人员现在已经开发出一种非常适合这项任务的材料
目前，通常使用相对较大且昂贵的设备来检测氢气，这些设备通常需要氧气和电力才能正常工作
这种氧和电的结合在氢附近可能是危险的，使得传感器不适合许多应用
光学氢传感器没有这些缺点
这种类型的传感器是基于这样一个事实，即当氢存在于传感器附近时，一些材料吸收氢时，它们的光学特性会发生变化
光学性质的这种变化可以例如通过考虑材料反射的光量来测量
这里的关键是找到一种传感材料，随着传感器附近氢气浓度的增加，这种材料会逐渐吸收更多的氢气
目前已知的传感材料都有其局限性
例如，它们可以测量相对较高的氢含量，反应缓慢，只能在高温(> 90℃)下工作，或者制造起来非常复杂
基于钽和钯的代尔夫特传感器没有任何这些缺点:它能够在室温和更高的温度下准确检测氢，无论是低浓度还是高浓度
在寻找光学氢传感器的最佳传感材料的过程中，代尔夫特的研究人员使用了广泛的先进技术来表征这些材料
“除了光学测量，我们还使用了我们自己在代尔夫特的研究反应堆产生的x光和中子辐射，以更好地了解这些材料，”拉尔斯·班嫩伯格解释道
“通过这些测量，我们对材料有了更深入的了解，从而能够改善材料的性能
例如，我们利用了这样一个事实，即材料的行为与我们习惯于极薄时的行为略有不同
因此，最终的氢传感器将只包含一薄层厚度小于千分之一人发的已发现物质
" 这张图片显示的是传感材料在顶部的纤维
绿光代表在光纤中传输并在光纤末端部分反射的光
新发现的材料的一个主要优点是它也能在室温下工作，所以不需要加热
信用:TU Delft 厨房秤 这种材料的特殊之处在于它可以测量至少七个数量级的氢气压力
这相当于一个厨房秤，可以测量从几克面粉到大象体重的任何东西，而且相对精度都一样
这使得这种传感器用途非常广泛:例如，它可以用来测量氢加注站的最小氢泄漏量，也可以用来确定氢燃料电池中的氢含量
另一个有用的方面是传感材料异常的响应速度:它对氢浓度在几秒内的变化作出反应，比大多数材料快得多，后者的响应时间通常为几十秒甚至几分钟
一种单一的材料就能做到这一切，这对团队本身来说是一个惊喜:“我们曾经认为我们可以对现有的材料进行一点改进，但是我们的材料将具有所有这些有用的特性，这超出了我们最疯狂的梦想，”伯纳德·达姆说
雄心勃勃的计划 这种新型传感材料的专利申请已经提交，国际知名杂志《高级功能材料》也发表了一篇关于这一发现的文章
近期有雄心勃勃的计划
例如，研究人员还想看看这种材料是否也可以用于适合在非常低的温度(-50℃)下使用的传感器，以便它们也可以用于飞机
“除此之外，我们正在探索建立一个在实验室外也能工作的原型传感器的可能性，”赫尔曼·施罗德说
“此外，我们想知道这种传感器能否用于氢燃料电池
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