氢气压力传感器是怎么样的？

　　氢气压力传感器是怎么样的?

　　化石能源的广泛使用导致了目前的环境污染和变暖，而氢气有望在未来的能源体系中取代化石燃料，成为可持续清洁能源的载体。但氢气是易燃易爆气体，在空气中体积浓度为4%至75%，点火能量为0.02 MJ时容易发生爆炸。因此，廉价可靠的氢传感器对于氢相关的应用很重要。传统的氢气检测主要基于电传感器，但是这些传感器会在感应点产生电火花。而氢气压力传感器可以消除火花的潜在风险，因为在测试点只能进行光学动作，信号读取可以远程完成。

　　钯(Pd)因其可逆氢化物性和稳定性而广泛用于氢传感。以往的研究报道了各种基于光强变化的Pd传感器，如在二氧化硅衬底上的单层Pd膜，为提高灵敏度而制作的多层膜结构Mg2Ni/Ti/Pd等。同时还有基于表面等离子体共振的Pd氢传感器，如带有Pd膜的纳米槽结构，基于Pd/Au双金属的纳米圆盘散射光氢传感器等。这些传感器都取决于材料的特性、复杂的制造工艺或昂贵的设备。

　　可视化氢气压力传感器，利用弹性基底上的Pd膜进行传感。由于氢化过程中的体积膨胀，弹性基底上的Pd膜可能形成表面变形，这受到刚性基底的限制。表面变形会增强光散射，减少镜面反射，增强反射对比度，终完成可见光光学氢传感器。

　　当该器件暴露在4%氢气混合氮气中时，整个可见光波段的反射率变化超过60.8%，对应的反射对比度在可见光光谱中超过25.78.几乎是迄今为止报道的Pd基氢气传感器好结果的3倍。这个结果不仅仅是由于光学参数的变化，即氢化合物的形成改变了材料的光学性质。事实上，当暴露在氢气中时，材料的体积膨胀引起表面的变形，导致近镜面转变为漫反射面，大大降低了反射，从而产生如此高的反射率对比度。

　　在荧光管的照射下，暴露于不同浓度氢气的图案的颜色和亮度会发生变化。在氢化之前，Pd膜具有类似的金属外观，无论基底的柔软度如何都是灰色的)。暴露在氢气中后，柔性基板上的图案变得更亮，这与我们预期的反射减少会导致颜色变暗不同。显然，随着浓度范围从0.6%增加到0.8%，图案变得更亮。同时，不同区域异常明亮的颜色表明表面可能发生了严重变形，这可能会衍射入射光。当氢浓度超过1%时，其进一步增加将不会产生可观察到的颜色和亮度变化，并且图案看起来更白。这个结果可以通过Pd中氢原子的饱和来理解。在饱和状态下，图案变成白色，没有颜色变化。图案的亮度增强看起来类似于汽车前灯照亮交通标志的现象，它比其他没有表面散射的视觉源更吸引人的注意。

　　对比0-40范围内测得的反射率的差异，不同角度的反射率几乎相同，说明角度对器件的影响很小，器件使用极其方便，不需要严格的光路就可以用肉眼测试。