技術(shù)
導(dǎo)讀:科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),蝴蝶翅膀上絢麗多彩的顏色一般由色素色、結(jié)構(gòu)色和某些混合色形成。結(jié)構(gòu)色是一種由翅膀鱗片的特殊結(jié)構(gòu)而形成的光學(xué)現(xiàn)象,其光子學(xué)納米結(jié)構(gòu),可使外來(lái)光線發(fā)生不同的折射、干涉、繞射,然后反射出部份特殊光頻率的光線從而產(chǎn)生燦爛的金屬光澤。
這種傳感器由沉積在芯片表面的微小空心球制成,球體之間的最大間隙約為2微米
科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),蝴蝶翅膀上絢麗多彩的顏色一般由色素色、結(jié)構(gòu)色和某些混合色形成。結(jié)構(gòu)色是一種由翅膀鱗片的特殊結(jié)構(gòu)而形成的光學(xué)現(xiàn)象,其光子學(xué)納米結(jié)構(gòu),可使外來(lái)光線發(fā)生不同的折射、干涉、繞射,然后反射出部份特殊光頻率的光線從而產(chǎn)生燦爛的金屬光澤。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的一組研究人員由此獲得靈感,發(fā)明了一種高精度的新型氫氣傳感器。這款傳感器可以在室溫下工作,有望在氫燃料工業(yè)儲(chǔ)存等領(lǐng)域獲得應(yīng)用,這項(xiàng)研究還有望推動(dòng)非侵入性醫(yī)療診斷新技術(shù)的發(fā)展。
氫能源作為一種很有前途的可再生清潔能源,在世界范圍內(nèi)獲得了廣泛重視,人們利用大型基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)儲(chǔ)存越來(lái)越多的氫氣。不過(guò),由于這種氣體極易燃燒,因此需要高精度的傳感器來(lái)檢測(cè)空氣中泄露的微量氫氣。目前的商用氫氣傳感器通過(guò)金屬氧化物層與氫相互作用時(shí)電阻的變化來(lái)檢測(cè)氫氣。然而,這類氫氣傳感器通常需要超過(guò)150℃的溫度才能工作,而且,它們對(duì)其它類型的氣體也很敏感,這限制了其工業(yè)應(yīng)用。
中空TiO2微殼結(jié)構(gòu)的SEM圖像
皇家墨爾本理工大學(xué)的Sabri和Kandjani研究團(tuán)隊(duì)采用了一種更為復(fù)雜的方案,擯棄加熱條件,利用光輔助來(lái)探測(cè)氫氣。他們的靈感來(lái)自于一些蝴蝶翅膀上有序排列的小凸起圖案,這些圖案非常有利于翅膀吸收光線。為了模仿這種結(jié)構(gòu),研究人員設(shè)計(jì)了一種光子晶體納米結(jié)構(gòu),制造了一種空心TiO2納米球晶格,并將其沉積在電子芯片上。然后,他們?cè)谄骷贤糠罅艘粚逾佲Z復(fù)合材料,以增強(qiáng)其靈敏度。
低溫氫氣傳感器
在光線照射激發(fā)下,傳感器的表面會(huì)使氫氣和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水。水改變了傳感器的電阻,從而實(shí)現(xiàn)空氣中氫含量的精確測(cè)量。這款傳感器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是它可以在室溫下工作,測(cè)量濃度范圍覆蓋10~40000 ppm。當(dāng)氫氣濃度高到有爆炸危險(xiǎn)時(shí),它可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)。此外,這款傳感器可以區(qū)分氫氣和其它氣體,選擇性超過(guò)93%。
這款傳感器采用成熟的工藝制造,因此該團(tuán)隊(duì)有信心實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn),以將其拓展到氫燃料電池等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。此外,通過(guò)檢測(cè)胃腸道疾病患者呼吸中產(chǎn)生的氫氣,可以實(shí)現(xiàn)非侵入性診斷和監(jiān)測(cè)。因此,這款傳感器憑借卓越的微量氫氣檢測(cè)能力,還可以用于非侵入性醫(yī)療診應(yīng)用。