Geïnspireerd door het oppervlak van vlindervleugels, onderzoekers hebben een door licht geactiveerde waterstofsensor ontwikkeld die ultranauwkeurige resultaten produceert bij kamertemperatuur.

De technologie kan waterstoflekken detecteren ruim voordat ze veiligheidsrisico's opleveren en kan kleine hoeveelheden gas meten op de adem van mensen, voor het diagnosticeren van darmaandoeningen.

Commerciële waterstofsensoren werken alleen bij temperaturen van 150°C of hoger, maar het prototype ontwikkeld door onderzoekers van de RMIT University in Melbourne, Australië, wordt aangedreven door licht in plaats van warmte.

de voeler, gebaseerd op hobbelige microstructuren die het oppervlak van vlindervleugels imiteren, wordt gedetailleerd beschreven in een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift ACS-sensoren .

Co-hoofdonderzoeker Dr. Ylias Sabri zei dat het prototype schaalbaar was, kosteneffectief en bood een totaalpakket aan functies die niet kunnen worden geëvenaard door een waterstofsensor die momenteel op de markt is.

"Sommige sensoren kunnen kleine hoeveelheden meten, anderen kunnen grotere concentraties detecteren; ze hebben allemaal veel warmte nodig om te werken, ' zei Sabri.

"Onze waterstofsensor kan het allemaal - hij is gevoelig, selectief, werkt bij kamertemperatuur en kan detecteren over een volledig bereik van niveaus."

De sensor kan waterstof detecteren in concentraties van slechts 10 delen per miljoen moleculen (voor medische diagnoses) tot 40, 000 delen per miljoen (het niveau waarop het gas potentieel explosief wordt).

Mede-onderzoeker Dr. Ahmad Kandjani zei dat het brede detectiebereik het ideaal maakt voor zowel medisch gebruik als het vergroten van de veiligheid in de opkomende waterstofeconomie.

"Waterstof heeft het potentieel om de brandstof van de toekomst te zijn, maar we weten dat veiligheidsrisico's het vertrouwen van het publiek in deze hernieuwbare energiebron kunnen aantasten. " hij zei.

"Door nauwkeurige en betrouwbare detectietechnologie te leveren die de kleinste lekken kan detecteren, lang voordat ze gevaarlijk worden, we hopen bij te dragen aan het bevorderen van een waterstofeconomie die de energievoorziening over de hele wereld kan transformeren."

Butterfly hobbels:hoe de sensor werkt

De innovatieve kern van de nieuwe sensor bestaat uit kleine bolletjes die bekend staan ​​als fotonische of colloïdale kristallen.

Deze holle vormen, vergelijkbaar met de minuscule bultjes op het oppervlak van vlindervleugels, zijn zeer geordende structuren die ultra-efficiënt zijn in het absorberen van licht.

Die efficiëntie betekent dat de nieuwe sensor alle energie kan halen die hij nodig heeft om te werken uit een lichtstraal, in plaats van door warmte.

doctoraat onderzoeker en eerste auteur Ebtsam Alenezy zei dat de kamertemperatuursensor veiliger en goedkoper was om te gebruiken, vergeleken met commerciële waterstofsensoren die doorgaans werken bij 150C tot 400C.

"De fotonische kristallen zorgen ervoor dat onze sensor door licht kan worden geactiveerd en ze bieden ook de structurele consistentie die essentieel is voor betrouwbare gasdetectie, " ze zei.

"Met een consistente structuur, consistente fabricagekwaliteit en consistente resultaten zijn van vitaal belang - en dat is wat de natuur voor ons heeft geleverd door deze bio-geïnspireerde vormen.

"Het goed ontwikkelde fabricageproces voor fotonische kristallen betekent ook dat onze technologie gemakkelijk schaalbaar is tot industriële niveaus, omdat er snel honderden sensoren tegelijk kunnen worden geproduceerd."

Om de sensor te maken, een elektronische chip wordt eerst bedekt met een dun laagje fotonische kristallen en vervolgens met een titanium palladium composiet.

Wanneer waterstof interageert met de chip, het gas wordt omgezet in water. Dit proces creëert een elektronische stroom en door de grootte van de stroom te meten, de sensor kan precies vertellen hoeveel waterstof er aanwezig is.

In tegenstelling tot veel commerciële sensoren die moeite hebben met de aanwezigheid van stikstofoxide, de nieuwe technologie is zeer selectief en kan waterstof nauwkeurig isoleren van andere gassen.

Medische toepassingen

Met verhoogde niveaus van waterstof waarvan bekend is dat ze verband houden met gastro-intestinale stoornissen, de technologie heeft een sterk potentieel voor gebruik bij medische diagnose en monitoring.

Momenteel, de standaard diagnostische benadering is door middel van ademmonsters, die voor verwerking naar laboratoria worden gestuurd.

Sabri zei dat de nieuwe chip kan worden geïntegreerd in een handheld-apparaat om onmiddellijke resultaten te leveren.

"Met darmaandoeningen, het verschil tussen gezonde niveaus van waterstof en ongezonde niveaus is minuscuul - slechts 10 delen per miljoen - maar onze sensor kan zulke kleine verschillen nauwkeurig meten, " hij zei.

Voor de technologie is een voorlopige octrooiaanvraag ingediend en het onderzoeksteam hoopt samen te werken met fabrikanten van waterstofsensoren, brandstofcellen, batterijen of medische diagnostische bedrijven om de sensor te commercialiseren.