氢气传感器|氢能利用再添“安全卫士” 新型传感器实现氢气秒级响应( 二 )

为了满足氢能发展的实用需求，研发更灵敏的氢气传感器，王文及其课题组加快了攻关步伐。他们找到了在氢敏材料方面有着较为深入研究的南开大学杨大驰教授的团队。
双方一拍即合。 “自2016年起，我们就开始和杨大驰教授的团队合作，开展新型声表面波氢气传感器研究。 ”王文表示，中国科学院声学所的声表面波技术研究在国内处于优势地位，南开大学则在氢敏材料研究方面有多年积累。双方期望通过将声表面波器件技术与钯基纳米材料（一种氢敏材料）结合，探索出快速氢传感新方法，以解决现有氢传感技术所面临的技术难题。
“声表面波氢气传感器的技术优势在于快速响应与高灵敏度。 ”王文解释道，声表面波技术本身对表面负载表现出极高的灵敏度和快速响应特点，将之与特异选择性的氢敏材料相结合，利用传感过程中的气体吸附效应对声表面波传播的作用，即可实现对氢气的快速高灵敏检测。
“此外，声表面波氢气传感器还具备良好的重复性与选择性，以及小体积、低成本的技术特点。 ”王文说。
尽管思路和目标十分清晰，在研究过程中，王文及其课题组还是遇到了难题。 “我们面临两个技术难点，一个是钯基氢敏材料的响应机制及设计方法，另一个是高性能的声表面波氢敏元件设计与制备。 ”
王文告诉采访人员，他们通过讨论和各种实验，解决了难题。例如，通过探索钯基材料及纳米调控机制，确定了纳米线制备方法；建立分析方法，对传感器功能结构进行优化。
团队最终成功研制出新型声表面波氢气传感器样机。
王文高兴地表示：“样机测试结果很好，验证了最初的设计思想。新型声表面波氢气传感器实现了对氢气检测的快速响应、高灵敏度及低检测限。 ”
在氢能领域应用前景广泛
作为一种新兴能源载体和化工原料，氢气具有来源广泛、清洁环保、可循环利用等一系列优点，与太阳能、风能等被称为九大新能源，并被誉为最具发展前景的二次能源。
据不完全统计，截至目前，已有北京、河北、四川、山东等超过30个地方陆续出台了涉及氢能产业发展的政策及相关规划。根据《北京市氢能产业发展实施方案（2021—2025年）》， 2025年前，京津冀区域累计实现氢能产业链产业规模1000亿元以上，减少碳排放200万吨。
“氢能在电子工业、汽车业、冶金工业、石油化工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天、食品加工等方面都有广泛应用，作为一种绿色能源，它的应用程度在不断深化。未来，氢气传感器的市场需求也将急剧增加。 ”王文说。
近年来，氢气传感器得到了飞速发展，涌现了诸多如电化学、电学式及光学式等不同技术原理的商用氢气传感器。各国科研院所持续投入力量开展氢气传感的新原理新技术研究，以期满足实际应用的需求。
“声表面波氢气传感器引起了很多科研人员的兴趣。 ”王文表示，不少研究聚焦氢敏材料设计，取得了不错的试验效果。
“但迄今为止，因为氢敏材料存在稳定性与可靠性方面的技术难题，还没有出现商业化的声表面波氢气传感器。 ”王文说。
不过，随着碳达峰碳中和工作深入推进，未来，高灵敏氢气传感器将“大显身手” 。
【氢气传感器|氢能利用再添“安全卫士” 新型传感器实现氢气秒级响应】王文对新型声表面波氢气传感器的应用前景很有信心。 “鉴于声表面波氢气传感器具备现有技术难以比拟的快速、高灵敏、低功耗、小体积与低成本等特点，一旦完成工程化，在氢能领域极具应用前景。 ”