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科學家研究發(fā)現，蝴蝶翅膀上絢麗多彩的顏色一般由色素色、結構色和某些混合色形成。結構色是一種由翅膀鱗片的特殊結構而形成的光學現象，其光子學納米結構，可使外來光線發(fā)生不同的折射、干涉、繞射，然后反射出部份特殊光頻率的光線從而產生燦爛的金屬光澤。據麥姆斯咨詢報道，澳大利亞皇家墨爾本理工大學的一組研究人員由此獲得靈感，發(fā)明了一種高精度的新型氫氣傳感器。這款傳感器可以在室溫下工作，有望在氫燃料工業(yè)儲存等領域獲得應用，這項研究還有望推動非侵入性醫(yī)療診斷新技術的發(fā)展。
這種傳感器由沉積在芯片表面的微小空心球制成，球體之間的最大間隙約為2微米
氫能源作為一種很有前途的可再生清潔能源，在世界范圍內獲得了廣泛重視，人們利用大型基礎設施來儲存越來越多的氫氣。不過，由于這種氣體極易燃燒，因此需要高精度的傳感器來檢測空氣中泄露的微量氫氣。目前的商用氫氣傳感器通過金屬氧化物層與氫相互作用時電阻的變化來檢測氫氣。然而，這類氫氣傳感器通常需要超過150℃的溫度才能工作，而且，它們對其它類型的氣體也很敏感，這限制了其工業(yè)應用。
中空TiO2微殼結構的SEM圖像
皇家墨爾本理工大學的Sabri和Kandjani研究團隊采用了一種更為復雜的方案，擯棄加熱條件，利用光輔助來探測氫氣。他們的靈感來自于一些蝴蝶翅膀上有序排列的小凸起圖案，這些圖案非常有利于翅膀吸收光線。為了模仿這種結構，研究人員設計了一種光子晶體納米結構，制造了一種空心TiO2納米球晶格，并將其沉積在電子芯片上。然后，他們在器件上涂敷了一層鈦鈀復合材料，以增強其靈敏度。'
低溫氫氣傳感器
在光線照射激發(fā)下，傳感器的表面會使氫氣和氧氣發(fā)生反應生成水。水改變了傳感器的電阻，從而實現空氣中氫含量的精確測量。這款傳感器的獨特優(yōu)勢是它可以在室溫下工作，測量濃度范圍覆蓋10~40000 ppm。當氫氣濃度高到有爆炸危險時，它可以及時發(fā)出警報。此外，這款傳感器可以區(qū)分氫氣和其它氣體，選擇性超過93%。
這款傳感器采用成熟的工藝制造，因此該團隊有信心實現規(guī)模量產，以將其拓展到氫燃料電池等廣泛的應用領域。此外，通過檢測胃腸道疾病患者呼吸中產生的氫氣，可以實現非侵入性診斷和監(jiān)測。因此，這款傳感器憑借卓越的微量氫氣檢測能力，還可以用于非侵入性醫(yī)療診應用。
