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氢气是一种具有广阔应用前景的清洁能源,然而作为一种无色无味、易燃易爆的气体,在泄漏时不易被人察觉,可能会出现因积聚而产生爆炸等安全事故。因此使用氢气时,必须进行实时监测预警。于是,快速高灵敏的氢气传感器便成为氢能应用中必不可少的关键部件。近日,中国科学院声学研究所(下称中科院声学所)王文团队与南开大学杨大驰团队合作,通过技术攻关,研制了一种秒级响应的新型声表面波氢气传感器,将有助于破解氢能应用中的安全防护难题。

“现有氢气传感器在功耗、体积、响应速度及灵敏度等方面,难以满足实际应用需求,行业需要的是更快速、更高灵敏度的氢气传感器。”中科院声学所研究员王文介绍,自2000年起,课题组就在国内系统地开展了声表面波传感技术研究,经过20余年的技术攻关,已在声表面波传感机理、传感芯片优化设计、信号处理电路设计及系统集成方面取得了重要突破,形成了一系列具有自主知识产权的创新成果。

那么,如何实现“高灵敏”和“更快速”呢?课题组经反复研究发现:将声表面波微纳器件技术与高效氢敏材料技术相结合,可缩短氢探测的响应时间。“我们在2016年就开展了声表面波氢敏技术研究,然而,一直没能进一步将响应时间缩短到理想状态。通过调研,我们发现南开大学杨大驰教授团队在快速氢敏材料方面有多年研究积累,就产生了合作的想法。”王文表示,通过联系协商,双方团队从2018年开始合作。杨大驰团队承担纳米化氢敏材料的设计与制备,王文课题组承担高性能氢敏元件、高稳定性信号处理电路及系统集成等工作。经双方通力合作,终于成功研制出响应速度在2秒以内的新型快速氢气传感器。

“我们研制出的新型声表面波氢气传感器,具有体积小、重量轻、集成度高、制作成本低、一致性高等优点,这有赖于团队在专利等知识产权方面的精心布局。”王文介绍,在研制过程中,课题组主要采用了钯基氢敏材料、低损耗声表面波器件设计及鉴相式信号处理电路设计等创新技术,拥有“一种基于钯镍合金薄膜的声表面波氢气传感器”“一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统”等多件发明专利,扫清了氢气传感器的关键技术障碍。未来,课题组将在器件、材料、系统及软件算法等方面布局专利,实现声表面波氢气传感器能用、好用,使其在氢能应用大潮中一展身手。(刘弘一)

(编辑:晏如)

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