ICTPRESS - پژوهشگران سوئدی حسگری برای تشخیص نشت گازهیدروژن ساخته‌اند که هرچه محیط مرطوب‌تر باشد، دقیق‌تر عمل می‌کند.

به گزارش شبکه خبری ICTPRESS به نقل از تِک‌اِکسپلور، برخلاف حسگرهای فعلی که در حضور رطوبت کُند یا نامطمئن می‌شوند، این فناوری جدید از لایه نازک آب بر سطح خود به‌عنوان بخشی از سازوکار تشخیص بهره می‌برد و در آزمایش‌ها توانسته است نشت‌های جزئی را حتی در شرایط کاملاً اشباع از رطوبت نیز با دقت بالا شناسایی کند.

تشخیص به‌موقع نشت هیدروژن در تأسیسات صنعتی، پمپ‌بنزین‌های هیدروژنی، یا مخازن سوخت خودروها و کشتی‌ها برای جلوگیری از آتش‌سوزی و انفجار حیاتی است؛ زیرا این گاز در صورت ترکیب با هوا می‌تواند به‌سرعت آتش بگیرد یا منفجر شود.

اما یک تناقض بزرگ همیشه وجود داشته: حسگرهای رایج در برابر رطوبت، که در اغلب محیط‌های مرتبط با هیدروژن حضوری اجتناب‌ناپذیر دارد، عملکردی ضعیف و نامطمئن از خود نشان می‌دهند.

اکنون، پژوهشگران دانشگاه چالمرز سوئد با طراحی یک حسگر مبتنی‌بر نانوذرات پلاتین، این مشکل را به یک نقطه قوت تبدیل کرده‌اند.

هرچه رطوبت بیشتر، پاسخ حسگر قوی‌تر!

آتاناسیوس تئودوریدیس، سرپرست این مطالعه و نویسنده مقاله‌ای که در نشریه تخصصی اِی‌سی‌اِس سنسورز/ ACS Sensors منتشر شده، می‌گوید: در آزمایش‌های اولیه شگفت‌زده شدیم. هرچه رطوبت محیط را بیشتر می‌کردیم، حسگر ما پاسخ واضح‌تری به هیدروژن نشان می‌داد؛ این برخلاف همه دانسته‌های پیشین بود و ما را وادار کرد تا سازوکار کاملاً جدیدی را کشف کنیم.

هیدروژن و رطوبت: دو همزاد جدایی‌ناپذیر

نیاز به این حسگر به دلیل ماهیت کاربردهای هیدروژن است:

در پیل‌های سوختی خودروها و کشتی‌های هیدروژنی، آب به عنوان محصول واکنش تولید می‌شود؛
تأسیسات تولید و ذخیره‌سازی هیدروژن همواره در معرض هوای مرطوب هستند؛
رطوبت هوا خود یک متغیر همیشگی و وابسته به آب‌وهواست.
ساخت حسگر هیدروژنی با قابلیت ضدآب پیشرفته؛ هرچه مرطوب‌تر، دقیق‌تر!

سازوکار هوشمند: استفاده از رطوبت به‌عنوان «سوخت» حسگر

راز این فناوری در نانوذرات پلاتین نهفته است که دو نقش کلیدی هم‌زمان بازی می‌کنند:

۱. کاتالیزور: واکنش هیدروژن و اکسیژن را سرعت می‌بخشند؛

۲. حسگر: گرمای حاصل از این واکنش، لایه نازک آب (همان رطوبت محیط) روی حسگر را به‌سرعت تبخیر می‌کند.

هرچه هیدروژن بیشتر باشد، گرمای بیشتری تولید و لایه آب سریع‌تر ناپدید می‌شود. ضخامت این لایه آب نیز مستقیماً به میزان رطوبت هوا بستگی دارد؛ بنابراین، در هوای مرطوب‌تر، لایه آب ضخیم‌تر است و تبخیر آن توسط هیدروژن، سیگنال قابل اندازه‌گیری قوی‌تری تولید می‌کند.

خوانش با نور: هشدار به رنگ طلایی

تغییرات لایه آب از طریق پدیده پلاسمون و با نور قابل ردیابی‌ است. نانوذرات پلاتین، نور را به شیوه منحصربه‌فردی جذب و پراکنده می‌کنند. با تبخیر لایه آب و تغییر شرایط سطح، رنگ نانوذرات تغییر می‌کند و این تغییر بصری، به عنوان هشدار نشت هیدروژن عمل می‌نماید.

دقت بی‌سابقه در شرایط واقعی

این حسگر در آزمایش‌های فشرده، توانایی خود را ثابت کرده است:

پایداری بی‌وقفه: بیش از ۱۴۰ ساعت عملکرد مستمر در محیط‌های مرطوب؛
حساسیت فوق‌العاده: توانایی تشخیص هیدروژن تا غلظت ۳۰ قسمت در میلیون (ppm)، معادل سه هزارم درصد؛
تطبیق‌پذیری: عملکرد مطمئن در سطوح مختلف رطوبت.

گام بعدی: ترکیب هوشمند مواد برای پوشش همه محیط‌ها

پروفسور کریستوف لانگهامر، از طراحان اصلی این فناوری، چشم‌انداز آینده را چنین ترسیم می‌کند: احتمالاً برای پوشش همه محیط‌های کاری، نیاز به حسگرهای ترکیبی خواهیم داشت. برخی مواد از نظر سرعت و حساسیت، مطلوب هستند و برخی (مانند پلاتین در این طرح) از نظر مقاومت در برابر رطوبت برتری دارند. آینده در تلفیق این مزایا است.

این فناوری که در مرکز TechForH۲ دانشگاه چالمرز توسعه یافته، پاسخی عملی به نیاز مبرم صنعت انرژی پاک به حسگرهای ارزان، قابل تولید انبوه و فوق‌العاده مطمئن است و مسیر را برای گسترش ایمن اقتصاد هیدروژن هموار می‌سازد.