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IIT Hyderabad和IIT Jodhpur开发材料以高灵敏度检测氢气泄漏

  • 教育新闻
  • 2019-09-04 17:03:56

尽管“氢经济”具有巨大的前景,但存在诸如泄漏之类的问题,这些问题很难被发现,因为氢是易燃的,所以这是很危险的。这项合作研究试图解决这个问题

Chandra Shekhar Sharma博士(R),IIT Hyderabad化学工程系副教授和IAT-H研究学者Akash Nathani(L)。

IIT Hyderabad和IIT Jodhpur团队的这项工作将有助于开发具有高灵敏度和快速响应的可靠和强大的氢气传感器,适用于家庭和工业应用。

印度理工学院海德拉巴和印度理工学院焦特布尔开发的材料可以高灵敏度地检测氢气泄漏。研究小组合成了一种可用作氢气敏感探测器的半导体材料。

这一发展的种子是在印度国家青年科学院(INYAS)于2018年12月在IIT海得拉巴举办的“国家科学前沿”会议期间播下的。在这次会议期间,Chandra Shekhar Sharma博士,创意和高级副教授基于纳米材料(CARBON)实验室,IIT Hyderabad化学工程系及其研究团队与Its Jodhpur电气工程系副教授Mahesh Kumar博士进行了合作研讨。

这项合作研究的结果最近发表在着名的同行评审期刊传感器和执行器上。该论文由Chandra Shekhar Sharma博士和Mahesh Kumar博士以及研究学者--Vijendra Singh Bhati,Akash Nathani和Adarsh Nigam共同撰写。

研究和挑战

谈到这项研究的重要性,Chandra Shekhar Sharma博士说:“在过去的几十年里,氢气的重要性因其作为主要能源的前景而大大增加,有可能成为清洁能源发电的灵丹妙药。 “

尽管“氢经济”具有巨大的前景,但气体存在两个问题。

一个是难以生产,第二个是难以检测,并且由于氢是易燃的,如果不立即检测到泄漏可能是灾难性的。

后一个问题是IIT Hyderabad和IIT Jodhpur之间的合作研究试图解决的问题。

IIT焦特布尔电气工程系副教授Mahesh Kumar博士强调了对这项研究的需求,他说:“氢的爆炸范围(4-75%)和低点火能量使泄漏非常危险。人类可以'感觉氢是因为它是无色无味的,这使得开发检测氢气的工具和传感器变得至关重要。“

研究

正在研究多种氢传感器,包括光学,电化学和电子传感器。电传感器,特别是电阻传感器,由于其低成本,简单的设计和良好的灵敏度的可能性而最接近实用性。氢气传感器必须具有高灵敏度和对气体的选择性。

Mahesh Kumar博士解释了电阻式传感器的工作原理,他说:“当某些材料与特定气体接触时,它们的电阻发生变化。例如,氧化锌等金属氧化物半导体的电阻会发生变化。与氢接触。“

“氧化锌对氢气的响应灵敏度取决于其表面积 - 表面积越大,或颗粒越小,灵敏度越高,”Sharma博士说。

纳米粒子的氧化锌,其粒径比单根人发的宽度小十万倍,具有良好的氢传感性能,但研究团队进一步提高了这种材料的灵敏度。

研究人员已将氧化锌纳米粒子加载到碳纳米纤维上,并表明这导致感应响应接近74%,而纯ZnO纳米粒子则为44.5%。纳米纤维是极薄的纤维,捆绑看起来像棉花糖。

该团队将这种性能改进归功于氢气通过棉花状碳纳米纤维的纳米孔的容易扩散,从而使它们与沉积在纳米纤维上的ZnO纳米颗粒紧密接触。Mahesh Kumar博士补充说:“碳纳米纤维表面的氧气的存在也有助于提高灵敏度”。

该团队通过称为静电纺丝的工艺纺制纳米纤维,其中聚合物溶液带电并在高压电场下通过喷丝头喷射。在这项工作中,研究人员使用一种特殊的聚合物混合物来获得聚合物的纳米纤维,然后通过加热将其转化为碳纳米纤维。然后将氧化锌沉积在纳米纤维的表面上。

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