2005年5月27日
用于从飞机和汽车窗户排出雨水的同一种化学涂层也大大提高了氢传感器的灵敏度和反应时间。氢传感器技术是氢经济中安全和其他实际问题的关键组成部分。例如，氢传感器将在氢动力汽车和加油站泄漏气体成为爆炸危险之前很久检测到泄漏。
这一发现是由美国能源部材料科学部的物理学家肖志立领导的团队发现的亚博网站下载亚博老虎机网登录阿贡国家实验室北伊利诺伊大学物理学副教授。科学家们证明，增强型传感器设计显示出对氢气的快速可逆响应，可重复数百次循环。该研究小组的研究报告于5月份在《应用物理学快报》上发表。
传感器材料是通过在玻璃载玻片上沉积一层不连续的钯薄膜制成的，玻片表面涂有一层类似于润滑脂的自组装硅氧烷单层固定在其表面。
“通过添加硅氧烷自组装单层，我们改变了薄膜的动力学，”阿贡大学格伦·西博格博士后奖学金持有人、化学家迈克尔·扎克说。“其他传感器在暴露于2%氢气时的响应时间为几秒钟；我们的传感器的工作时间为几十毫秒。”此外，科学家报告说，增强型传感器的灵敏度足以检测到低至百万分之25（ppm）的氢气含量，远低于氢气的爆炸下限约40000 ppm。它们的灵敏度和速度优于任何可用的商用传感器。
钯是一种理想的氢传感材料，因为它选择性地吸收氢气并形成一种化学物质，称为钯氢化物。厚膜氢传感器的设计依赖于钯金属氢化物的电阻大于金属电阻的事实。在这种系统中，氢的吸收伴随着可测量的电阻增加。
然而，钯薄膜传感器基于一种相反的特性，该特性取决于薄膜内的纳米级结构。在薄膜中，纳米钯粒子在氢化物形成时膨胀，在膨胀过程中，其中一些粒子与相邻粒子形成新的电连接。导电通路数量的增加导致电阻的总体净降低。yabo214
钯擅长“润湿”裸露的玻璃表面——它以几纳米厚、几十纳米宽的水坑状簇状分布在玻璃上。在用硅氧烷单层预涂玻璃后，阿贡大学的科学家们发现钯的尺寸和空间分布发生了显著的变化。就像刚打蜡的汽车表面的水珠一样，钯形成了直径只有几纳米的颗粒状团簇。硅氧烷涂层玻璃上相邻钯团簇之间的间隙比裸玻璃上大得多的分散团簇之间的间隙多，平均小十倍。
“更短的间隙距离对于提供快速、灵敏的响应非常重要，”化学家陶旭（音译）说，他是提交快速氢传感器专利申请的第一位发明人。即使是星团的轻微膨胀，也会在相邻星团之间产生更多的新电接触，并将许多新的电流传输路径连接在一起。
科学家们也有证据表明，这种玻璃的表面处理降低了金属和玻璃之间的附着力，这种附着力阻碍了裸玻璃上钯纳米颗粒的膨胀和收缩。yabo214这一效应有助于提高传感器的响应速度。
科学家们花了将近一年的时间来优化在镀膜玻璃上制备钯膜的程序，并开发了一种新的测试系统，该系统可以足够快地注入氢气，以毫秒的时间尺度测试传感器。他们说他们制造传感器的方法很容易扩展到工业水平。“我们正在使用半导体行业已经使用的技术，”扎克说。
传感器也将是负担得起的。尽管钯是一种昂贵的贵金属，但扎克估计，每个传感器中的钯含量如此之小，以至于其成本不到一便士。
几个悬而未决的问题包括传感器是否能够承受空气中的有毒污染物，以及传感器是否能够经得起长期运行。材料科学部超导与磁学小组组长魏广国表示，有信心这些问题能够在工程层面上得到解决。该传感器正由一家工业合作伙伴与阿贡公司合作开发用于商业用途。亚博网站下载亚博老虎机网登录
http://www.anl.gov/