【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化學(xué)物理研究所儀器分析化學(xué)研究室微型分析儀器研究組(105組)耿旭輝研究員、關(guān)亞風(fēng)研究員團(tuán)隊(duì)研制出基于電流體動(dòng)力學(xué)(EHD)噴射技術(shù)原位打印的雙層結(jié)構(gòu)H2傳感器，解決了傳統(tǒng)半導(dǎo)體電阻式H2傳感器靈敏度低、選擇性差的問(wèn)題，提供了一種高精度、高可靠、高穩(wěn)定地測(cè)定環(huán)境中H2的電阻式傳感器設(shè)計(jì)途徑。
 

　　在工業(yè)生產(chǎn)、燃料電池等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)H2的高靈敏度檢測(cè)及泄漏預(yù)警具有重要意義，降低常見(jiàn)干擾氣體(CO、CO2和CH4)的交叉響應(yīng)，進(jìn)而提高H2傳感器的選擇性也是H2檢測(cè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
 

　　本工作中，團(tuán)隊(duì)采用構(gòu)建雙層結(jié)構(gòu)傳感膜的策略，制備了由鉑負(fù)載型介孔二氧化硅泡沫(Pt-MCF)催化過(guò)濾層，以及ZnO/SnO2/Au(ZSA)傳感層構(gòu)成的H2傳感器。催化過(guò)濾層用于選擇性催化氧化強(qiáng)干擾氣體CO，使其交叉干擾從58%降低至15%。研究發(fā)現(xiàn)，裙帶菜結(jié)構(gòu)ZSA傳感層有利于電子傳輸，使得H2響應(yīng)值提高了7倍。該雙層傳感器通過(guò)獨(dú)立控制催化過(guò)濾和化學(xué)傳感過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料氣敏性能的高效調(diào)控，該設(shè)計(jì)思路可進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用到其他氣體傳感元件的研制中。
 

　　本工作中的傳感膜的制備采取了EHD噴射打印技術(shù)，該技術(shù)具有分辨率高(50nm)、墨水兼容性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)微圖案設(shè)計(jì)制造、噴射液滴動(dòng)能大、所制薄膜均勻致密等優(yōu)點(diǎn)，在此前雙層結(jié)構(gòu)H2S氣體傳感器的制備工作中表現(xiàn)出良好的可設(shè)計(jì)性和可操作性(Sensors and Actuators B: Chemical，2024)。團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)控墨水的組成并調(diào)節(jié)EHD打印參數(shù)，制備的具有“上疏下密”微結(jié)構(gòu)的雙層H2S傳感膜在靈敏度、響應(yīng)速度、長(zhǎng)期穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)出良好的綜合性能，證明了利用EHD噴射打印技術(shù)制造多層結(jié)構(gòu)可調(diào)控傳感器的優(yōu)勢(shì)。
 

　　相關(guān)成果以“Selective detection of H2 by Pt-MCF/ZSA bilayer sensor prepared in situ via EHD jet printing”為題，發(fā)表在《傳感器和執(zhí)行器B：化學(xué)》(Sensors and Actuators B: Chemical)上。該工作的第一作者為我所105組博士研究生李佳敏。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院儀器設(shè)備研制等項(xiàng)目的資助。(文/圖 李佳敏)