Para peneliti yang dipimpin oleh Institut Sains Tokyo telah menciptakan sensor berpola nano canggih yang mampu mendeteksi konsentrasi gas hidrogen yang sangat rendah dengan cepat, menandai lompatan signifikan dalam keselamatan industri.
Hidrogen, yang sering dipuji sebagai bahan bakar bersih masa depan, dengan cepat mendapatkan perhatian sebagai sumber energi berkelanjutan. Meskipun memiliki banyak manfaat, sifat hidrogen yang sangat mudah terbakar menimbulkan risiko yang signifikan. Untuk mengurangi masalah keselamatan ini, tim peneliti yang dipimpin oleh Yutaka Majima, seorang profesor di Institut Sains Tokyo, telah mengembangkan sensor revolusioner yang mampu mendeteksi gas hidrogen pada konsentrasi sangat rendah hampir seketika. Inovasi ini dirinci dalam sebuah studi diterbitkan dalam jurnal Advanced Functional Materials.
Sensor yang baru dikembangkan ini dibuat dari kawat nano oksida tembaga polikristalin berpola nano (CuO NWs) dan dipasang pada substrat silikon dengan elektroda platinum/titanium. Pengaturan ini memungkinkan sensor untuk mendeteksi hidrogen pada konsentrasi sekecil 5 bagian per miliar (ppb), peningkatan substansial dibandingkan sensor berbasis CuO sebelumnya.
Hebatnya, sensor tersebut dapat mengidentifikasi keberadaan gas hidrogen hanya dalam waktu 7 detik dan kembali ke kondisi normal hanya dalam waktu 10 detik.
“Kami menggunakan litografi berkas elektron dan oksidasi eks situ dua langkah untuk mengembangkan proses yang andal dan dapat direproduksi untuk menyiapkan sensor gas hidrogen nano-celah nano CuO berpola nano berkinerja tinggi dengan rongga, yang sangat berbeda dari nano-kawat CuO kristal tunggal berdiri bebas konvensional yang tumbuh langsung dari sumber tembaga,” kata Majima dalam sebuah pernyataan. rilis berita.
Pengoperasian sensor bergantung pada pendeteksian pergeseran resistansi listrik CuO NWs. Di udara sekitar, molekul oksigen menempel pada permukaan CuO NWs, membentuk ion oksigen dan memicu lapisan pembawa muatan positif, atau lubang, di dekat permukaan.
Bila gas hidrogen hadir, ia bereaksi dengan ion oksigen permukaan untuk menghasilkan air, yang selanjutnya mengurangi konsentrasi lubang. Hal ini mengakibatkan peningkatan resistensi dalam NW, yang menandakan keberadaan hidrogen.
Para peneliti memperkenalkan langkah pra-anil dalam lingkungan yang kaya hidrogen, diikuti oleh oksidasi lambat di udara kering untuk meningkatkan kinerja sensor. Proses ini mengubah nanokabel tembaga yang baru dibuat dari bentuk persegi panjang menjadi lengkungan setengah lingkaran, meningkatkan kristalinitasnya. Oksidasi selanjutnya mengubah Cu NW menjadi CuO, memperkaya permukaan dengan rongga yang meningkatkan situs aktif yang tersedia untuk interaksi hidrogen dan oksigen.
Dalam peningkatan signifikan lainnya, tim mengurangi celah antara elektroda menjadi 33 nm. Pengurangan ini memperkuat medan listrik, mempercepat pergerakan pembawa muatan dan karenanya, mempercepat respons sensor. Akibatnya, sensor mendeteksi 1,000 ppm hidrogen hanya dalam 5 detik.
Menekankan potensi yang lebih luas dari teknik mereka, Majima menambahkan, “Kami akan terus mengembangkan berbagai sensor gas dengan proses ini untuk membuat sensor untuk gas berbahaya lainnya juga.”
Perkembangan yang luar biasa ini menjanjikan transformasi protokol keamanan hidrogen dalam lingkungan industri. Dengan memfasilitasi deteksi kebocoran dini dan memastikan pemantauan tingkat hidrogen yang andal, sensor tersebut dapat memainkan peran penting dalam memajukan adopsi teknologi hidrogen yang aman dan meluas. Kemajuan ini sejalan dengan upaya global untuk beralih ke ekonomi berbasis hidrogen, yang berpotensi merevolusi cara industri mengelola dan menangani gas hidrogen.