新款氢气传感器设计理念

氢气是取代石化燃料的潜力替代能源之一，然而具备高度易燃性，因此如果要发展氢能源经济，能侦测氢气的传感器不可或缺。然而到目前为止，氢气传感器的最大挑战在于需要较高的温度才能起作用，而且敏感度较低、反应时间也较缓慢。

而来自荷兰的台夫特理工大学（Delft University of Technology，TU Delft）研究人员宣称，他们已经克服上述挑战，开发了一种以三氧化钨（ungsten trioxide，WO3）薄层制作的新型传感器，结合了高电阻以及利用铂金（platinum）催化剂感测氢气的能力，可以在接近室温下感测到1pppm的氢气浓度，而且当氢气浓度超过100pppm时，反应时间不到1秒。

三氧化钨的特性之一是晶格结构中包含许多开放空间，因此这种材料很容易掺杂（doped），可藉此导入其他原子来改变其电气特性。TU Delft的技术论文主要作者Giordano Mattoni表示，三氧化钨本身是一种绝缘体，“但在掺杂之后，能藉由添加电荷改变材料的颜色，并且将之逐渐转变成金属；我们尝试将氢气掺杂到三氧化钨薄膜，看看它是否能成为传感器。”

结果证明是可以的；研究人员首先是利用名为脉冲雷射沉积（pulsed laser deposition）的方法制作三氧化钨薄层，如此能在一片基板上一层层单独沉积该种材料层；Mattoni指出：“利用这种方法，我们制作出厚度仅9奈米的三氧化钨薄层。”

然后研究人员将铂金液滴（droplet）放置在三氧化钨薄层的最上方；铂金具备一种众所周知的特性，能扮演将氢分子分离为单个氢原子的催化剂，而研究人员观察到，那些原子能进入三氧化钨的晶格，并将之缓慢由绝缘体转变为金属。Mattoni指出：“这意味着透过量测材料的电阻，我们能判定环境中的氢气浓度。”

研究人员的实验将三氧化钨薄膜暴露于不同的环境条件中，包括正常空气，混合了氢气的环境，还有真空；而实验结果可以看出，其电阻与样本颜色（光学影像显示）会在暴露于氢气时改变，但在正常空气中又会恢复初始状态

TU Delft开发的新型氢气传感器与其他同类传感器最大的不同，就在于能在室温下使用。“其敏感度比其他市面上的产品更高，在几分钟之内就能重复使用；”Mattoni还表示：“此外透过提高或降低传感器温度，也能根据不同应用来调整其敏感度。”因为该种薄膜能与目前的半导体技术兼容，新型氢气传感器具备大量生产的潜力，研究团队正准备为此技术申请专利。