Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Cảm biến hydro hoạt động ở nhiệt độ phòng (23/07/2018)

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Công nghệ Delft đã chế tạo được cảm biến hydro rất nhạy và linh hoạt có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng. Cảm biến được chế tạo từ một lớp vật liệu vonfram trioxide mỏng.

Cảm biến hydro hoạt động ở nhiệt độ phòng (hình ảnh minh họa).

Hydro có tiềm năng thay thế nhiên liệu hóa thạch với vai trò là chất chứa năng lượng quan trọng nhất trong tương lai gần. Hydro có thể được sản xuất theo cách bền vững. Tuy nhiên, hydro cũng dễ cháy, nên việc chế tạo các cảm biến có thể phát hiện ra hydro là hoàn toàn cần thiết để chuyển đổi sang nền kinh tế hydro. Hiện đã có các loại cảm biến hydro khác nhau nhưng hầu hết các cảm biến này đều đòi hỏi nhiệt độ cao để hoạt động. Giờ đây, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Công nghệ Delft đã chế tạo được loại cảm biến hoạt động ở nhiệt độ phòng.

Vật liệu tinh thể

Cảm biến mới được chế từ vật liệu vonfram trioxide. Một trong những đặc tính của vonfram trioxide là có cấu trúc mạng tinh thể với nhiều không gian mở. Do đó, vật liệu có thể dễ dàng được pha tạp, đó là thay đổi các tính chất điện tử của nó bằng cách đưa các nguyên tử khác vào.

Giordano Mattoni, trưởng nhóm nghiên cứu cho rằng: "Bản thân vonfram trioxide là chất cách điện. Nhưng khi pha tạp vật liệu này, bạn phải bổ sung các điện tử để biến đổi vật liệu thành một màu khác và dần dần biến nó thành kim loại. Chúng tôi muốn pha tạp các màng mỏng vonfram trioxit với khí hydro để xem nó có thể hoạt động như một cảm biến hay không".

Kết quả là có thể. Trước tiên, các nhà nghiên cứu đã tạo ra những tấm vonfram trioxit mỏng bằng phương pháp lắng đọng xung laser. Theo đó, các nhà khoa học có thể lắng đọng từng lớp vật liệu trên chất nền. "Sử dụng phương pháp này, chúng tôi đã tạo ra các tấm vonfram trioxit dày 9 nanomet", Mattoni nói.

Hoạt động ở nhiệt độ phòng

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã nhỏ những giọt bạch kim trên các lớp mỏng trioxit vonfram. Bạch kim được biết đến hoạt động giống như chất xúc tác để tách các phân tử hydro thành nguyên tử hydro đơn. Những nguyên tử này có thể nhập vào cấu trúc mạng của trioxit vonfram, dần dần biến đổi nó từ chất cách điện thành kim loại. "Điều này có nghĩa là thông qua đo điện trở của vật liệu, chúng ta có thể định lượng hydro trong môi trường", Mattoni giải thích.

Điều khiến cảm biến hydro mới này không giống hầu hết các cảm biến khác là nó có thể được sử dụng ở nhiệt độ phòng. Mattoni cho biết: "Cảm biến hydro mới nhạy hơn bất cứ cảm biến hydro thương mại nào hiện nay và có thể được tái sử dụng trong vài phút. Ngoài ra, bằng cách tăng hoặc giảm nhiệt độ của cảm biến, phạm vi độ nhạy có thể được điều chỉnh cho nhiều ứng dụng khác nhau”.

Bên cạnh đó, tính chất màng mỏng và khả năng tương thích với các công nghệ bán dẫn hiện nay cho phép phát triển mở rộng cảm biến theo hướng sản xuất hàng loạt. Nhóm nghiên cứu đã xin cấp sáng chế cho công nghệ cảm biến mới.

Nguồn: N.P.D (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 19/7/2018