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        IIT Hyderabad和IIT Jodhpur開發材料以高靈敏度檢測氫氣泄漏

        • 教育新聞
        • 2019-09-04 17:03:56

        盡管“氫經濟”具有巨大的前景,但存在諸如泄漏之類的問題,這些問題很難被發現,因為氫是易燃的,所以這是很危險的。這項合作研究試圖解決這個問題

        Chandra Shekhar Sharma博士(R),IIT Hyderabad化學工程系副教授和IAT-H研究學者Akash Nathani(L)。

        IIT Hyderabad和IIT Jodhpur團隊的這項工作將有助于開發具有高靈敏度和快速響應的可靠和強大的氫氣傳感器,適用于家庭和工業應用。

        印度理工學院海德拉巴和印度理工學院焦特布爾開發的材料可以高靈敏度地檢測氫氣泄漏。研究小組合成了一種可用作氫氣敏感探測器的半導體材料。

        這一發展的種子是在印度國家青年科學院(INYAS)于2018年12月在IIT海得拉巴舉辦的“國家科學前沿”會議期間播下的。在這次會議期間,Chandra Shekhar Sharma博士,創意和高級副教授基于納米材料(CARBON)實驗室,IIT Hyderabad化學工程系及其研究團隊與Its Jodhpur電氣工程系副教授Mahesh Kumar博士進行了合作研討。

        這項合作研究的結果最近發表在著名的同行評審期刊傳感器和執行器上。該論文由Chandra Shekhar Sharma博士和Mahesh Kumar博士以及研究學者--Vijendra Singh Bhati,Akash Nathani和Adarsh Nigam共同撰寫。

        研究和挑戰

        談到這項研究的重要性,Chandra Shekhar Sharma博士說:“在過去的幾十年里,氫氣的重要性因其作為主要能源的前景而大大增加,有可能成為清潔能源發電的靈丹妙藥。 “

        盡管“氫經濟”具有巨大的前景,但氣體存在兩個問題。

        一個是難以生產,第二個是難以檢測,并且由于氫是易燃的,如果不立即檢測到泄漏可能是災難性的。

        后一個問題是IIT Hyderabad和IIT Jodhpur之間的合作研究試圖解決的問題。

        IIT焦特布爾電氣工程系副教授Mahesh Kumar博士強調了對這項研究的需求,他說:“氫的爆炸范圍(4-75%)和低點火能量使泄漏非常危險。人類可以'感覺氫是因為它是無色無味的,這使得開發檢測氫氣的工具和傳感器變得至關重要。“

        研究

        正在研究多種氫傳感器,包括光學,電化學和電子傳感器。電傳感器,特別是電阻傳感器,由于其低成本,簡單的設計和良好的靈敏度的可能性而最接近實用性。氫氣傳感器必須具有高靈敏度和對氣體的選擇性。

        Mahesh Kumar博士解釋了電阻式傳感器的工作原理,他說:“當某些材料與特定氣體接觸時,它們的電阻發生變化。例如,氧化鋅等金屬氧化物半導體的電阻會發生變化。與氫接觸。“

        “氧化鋅對氫氣的響應靈敏度取決于其表面積 - 表面積越大,或顆粒越小,靈敏度越高,”Sharma博士說。

        納米粒子的氧化鋅,其粒徑比單根人發的寬度小十萬倍,具有良好的氫傳感性能,但研究團隊進一步提高了這種材料的靈敏度。

        研究人員已將氧化鋅納米粒子加載到碳納米纖維上,并表明這導致感應響應接近74%,而純ZnO納米粒子則為44.5%。納米纖維是極薄的纖維,捆綁看起來像棉花糖。

        該團隊將這種性能改進歸功于氫氣通過棉花狀碳納米纖維的納米孔的容易擴散,從而使它們與沉積在納米纖維上的ZnO納米顆粒緊密接觸。Mahesh Kumar博士補充說:“碳納米纖維表面的氧氣的存在也有助于提高靈敏度”。

        該團隊通過稱為靜電紡絲的工藝紡制納米纖維,其中聚合物溶液帶電并在高壓電場下通過噴絲頭噴射。在這項工作中,研究人員使用一種特殊的聚合物混合物來獲得聚合物的納米纖維,然后通過加熱將其轉化為碳納米纖維。然后將氧化鋅沉積在納米纖維的表面上。

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