氫氣壓力傳感器是怎么樣的？

　　氫氣壓力傳感器是怎么樣的?

　　化石能源的廣泛使用導致了目前的環境污染和變暖，而氫氣有望在未來的能源體系中取代化石燃料，成為可持續清潔能源的載體。但氫氣是易燃易爆氣體，在空氣中體積濃度為4%至75%，點火能量為0.02 MJ時容易發生爆炸。因此，廉價可靠的氫傳感器對于氫相關的應用很重要。傳統的氫氣檢測主要基于電傳感器，但是這些傳感器會在感應點產生電火花。而氫氣壓力傳感器可以消除火花的潛在風險，因為在測試點只能進行光學動作，信號讀取可以遠程完成。

　　鈀(Pd)因其可逆氫化物性和穩定性而廣泛用于氫傳感。以往的研究報道了各種基于光強變化的Pd傳感器，如在二氧化硅襯底上的單層Pd膜，為提高靈敏度而制作的多層膜結構Mg2Ni/Ti/Pd等。同時還有基于表面等離子體共振的Pd氫傳感器，如帶有Pd膜的納米槽結構，基于Pd/Au雙金屬的納米圓盤散射光氫傳感器等。這些傳感器都取決于材料的特性、復雜的制造工藝或昂貴的設備。

　　可視化氫氣壓力傳感器，利用彈性基底上的Pd膜進行傳感。由于氫化過程中的體積膨脹，彈性基底上的Pd膜可能形成表面變形，這受到剛性基底的限制。表面變形會增強光散射，減少鏡面反射，增強反射對比度，終完成可見光光學氫傳感器。

　　當該器件暴露在4%氫氣混合氮氣中時，整個可見光波段的反射率變化超過60.8%，對應的反射對比度在可見光光譜中超過25.78.幾乎是迄今為止報道的Pd基氫氣傳感器好結果的3倍。這個結果不僅僅是由于光學參數的變化，即氫化合物的形成改變了材料的光學性質。事實上，當暴露在氫氣中時，材料的體積膨脹引起表面的變形，導致近鏡面轉變為漫反射面，大大降低了反射，從而產生如此高的反射率對比度。

　　在熒光管的照射下，暴露于不同濃度氫氣的圖案的顏色和亮度會發生變化。在氫化之前，Pd膜具有類似的金屬外觀，無論基底的柔軟度如何都是灰色的)。暴露在氫氣中后，柔性基板上的圖案變得更亮，這與我們預期的反射減少會導致顏色變暗不同。顯然，隨著濃度范圍從0.6%增加到0.8%，圖案變得更亮。同時，不同區域異常明亮的顏色表明表面可能發生了嚴重變形，這可能會衍射入射光。當氫濃度超過1%時，其進一步增加將不會產生可觀察到的顏色和亮度變化，并且圖案看起來更白。這個結果可以通過Pd中氫原子的飽和來理解。在飽和狀態下，圖案變成白色，沒有顏色變化。圖案的亮度增強看起來類似于汽車前燈照亮交通標志的現象，它比其他沒有表面散射的視覺源更吸引人的注意。

　　對比0-40范圍內測得的反射率的差異，不同角度的反射率幾乎相同，說明角度對器件的影響很小，器件使用極其方便，不需要嚴格的光路就可以用肉眼測試。