新型光纤传感器能够快速远程检测氢气泄露

该新型传感器简单、灵敏度高,可用于快速远程检测,还可轻松在充满混合气体的露天环境中工作,成本是传统色谱仪的10%,未来有望用于无人值守加氢站及燃料电池应用中。

  氢能源,被认为是有前途的替代能源之一。然而,由于其与氧气混合时爆炸区间广泛,因此其作为能量载体的安全应用引人关注。例如,当氢气从储罐泄漏时,可能会出现危险。2019年5月,挪威加氢站爆炸事故就是典型案例。对此,最近,俄罗斯和捷克的研究团队最新 开了一种基于光纤的氢气检测传感器,这一传感器简单、灵敏度高,可用于快速远程检测,成本是传统色谱仪的10%,未来有望广泛用于无人值守加氢站以及燃料电池应用中。

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2019年,挪威加氢站爆炸事故现场。资料图

  据了解,俄罗斯托木斯克国立理工大学与布拉格化工大学联合提出了这种基于广泛使用的光纤新型传感器,以确保准确检测空气中的氢分子。这项研究将发表在美国化学协会《传感器》期刊上。

  可以说,快速、准确地检测混合气体中的氢分子十分重要。目前,已有多种方法,包括电子传感器,然而这些电子传感器,有时也会成为潜在的火花源。因此,研究人员将注意力转向了光纤这一简单且可商购的材料。因为光纤提供了快速和方便的长距离信息传输,该传 感器可以安装在燃料电池装置或加氢站中实施远程操作。

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  光纤是一种由玻璃或塑料等光学透明材料制成的细长丝,能够以光脉冲的形式传输信息。研究人员通过去除纤维护套并通过磁控溅射在该区域涂上一层金箔加以改良。在该黄金区域的表面产生了等离子体共振效应,这是分析信号的来源。研究人员将基质溶液中的黄金区域用作由锌分子和特定有机化合物组成的金属有机框架的基础。

  据介绍,该框架对氢极为敏感,因为它会从空气中捕获其分子。而且,它对其他气体是惰性的。这种传感器可与固定色谱仪相媲美,后者的价格要贵十倍,并且需要专业操作人员。

  目前,研究人员已经成功地将灵敏度和检测限控制在2%以下。换句话说,这一传感器能够探测到浓度低于2%的空气中的氢气,而氢气和氧气混合物的爆炸下限约为4%。研究人员介绍称,另一个重要的特点是传感器对氧化性气体(如二氧化碳和各种氧化物)的抗性强。这是一个现代传感器的通病,因为这些气体干扰氢的吸收,而这一新型传感器则可以轻松地在充满混合气体的露天环境中工作。

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