Le doctorant Ebtsam Alenezy détient un prototype du capteur d'hydrogène activé par la lumière, qui peut fournir des résultats ultra-précis à température ambiante. Crédit :Université RMIT
Inspiré par la surface des ailes de papillon, des chercheurs ont développé un capteur d'hydrogène activé par la lumière qui produit des résultats ultra-précis à température ambiante.
La technologie peut détecter les fuites d'hydrogène bien avant qu'elles ne présentent des risques pour la sécurité et peut mesurer de minuscules quantités de gaz dans l'haleine des gens, pour diagnostiquer les troubles intestinaux.
Les capteurs d'hydrogène commerciaux ne fonctionnent qu'à des températures de 150°C ou plus, mais le prototype développé par des chercheurs de l'université RMIT de Melbourne, Australie, est alimenté par la lumière au lieu de la chaleur.
Le capteur, basé sur des microstructures bosselées qui imitent la surface des ailes de papillon, est détaillé dans une nouvelle étude publiée dans la revue Capteurs ACS .
Le co-chercheur principal, le Dr Ylias Sabri, a déclaré que le prototype était évolutif, rentable et offrait un ensemble complet de fonctionnalités qui ne pouvait être égalé par aucun capteur d'hydrogène actuellement sur le marché.
"Certains capteurs peuvent mesurer de petites quantités, d'autres peuvent détecter des concentrations plus importantes; ils ont tous besoin de beaucoup de chaleur pour fonctionner, ", a déclaré Sabri.
"Notre capteur d'hydrogène peut tout faire - il est sensible, sélectif, fonctionne à température ambiante et peut détecter sur une gamme complète de niveaux."
Le capteur peut détecter l'hydrogène à des concentrations d'aussi peu que 10 parties par million de molécules (pour les diagnostics médicaux) à 40, 000 parties par million (le niveau où le gaz devient potentiellement explosif).
Le co-chercheur principal, le Dr Ahmad Kandjani, a déclaré que la large plage de détection le rendait idéal à la fois pour un usage médical et pour renforcer la sécurité dans l'économie émergente de l'hydrogène.
Le capteur est composé d'une puce électronique, qui est recouvert d'une fine couche de cristaux photoniques puis d'un composite titane palladium. Crédit :Université RMIT
"L'hydrogène a le potentiel d'être le carburant du futur, mais nous savons que les craintes en matière de sécurité pourraient affecter la confiance du public dans cette source d'énergie renouvelable, " il a dit.
"En fournissant une technologie de détection précise et fiable qui peut détecter la plus petite des fuites, bien avant qu'ils ne deviennent dangereux, nous espérons contribuer à faire progresser une économie de l'hydrogène capable de transformer les approvisionnements énergétiques dans le monde. »
Les bosses du papillon :comment fonctionne le capteur
Le noyau innovant du nouveau capteur est composé de minuscules sphères appelées cristaux photoniques ou colloïdaux.
Ces formes creuses, semblable aux minuscules bosses trouvées à la surface des ailes de papillon, sont des structures hautement ordonnées qui sont ultra-efficaces pour absorber la lumière.
Cette efficacité signifie que le nouveau capteur peut tirer toute l'énergie dont il a besoin pour fonctionner à partir d'un faisceau de lumière, plutôt que de la chaleur.
doctorat le chercheur et premier auteur Ebtsam Alenezy a déclaré que le capteur de température ambiante était plus sûr et moins cher à utiliser, par rapport aux capteurs d'hydrogène commerciaux qui fonctionnent généralement entre 150 °C et 400 °C.
"Les cristaux photoniques permettent à notre capteur d'être activé par la lumière et ils fournissent également la cohérence structurelle qui est essentielle pour une détection fiable des gaz, " elle a dit.
"Avoir une structure cohérente, une qualité de fabrication constante et des résultats cohérents sont essentiels, et c'est ce que la nature nous a offert à travers ces formes bio-inspirées.
Ces minuscules sphères creuses appelées cristaux photoniques, inspiré par la surface bosselée des ailes de papillon, sont le cœur innovant du nouveau capteur d'hydrogène. Image agrandie 40, 000 fois. Crédit :Université RMIT
« Le processus de fabrication bien développé des cristaux photoniques signifie également que notre technologie est facilement évolutive à des niveaux industriels, car des centaines de capteurs pourraient être rapidement produits à la fois."
Pour faire le capteur, une puce électronique est d'abord recouverte d'une fine couche de cristaux photoniques puis d'un composite titane palladium.
Lorsque l'hydrogène interagit avec la puce, le gaz est transformé en eau. Ce processus crée un courant électronique et en mesurant l'amplitude du courant, le capteur peut dire avec précision combien d'hydrogène est présent.
Contrairement à de nombreux capteurs commerciaux qui luttent en présence d'oxyde d'azote, la nouvelle technologie est hautement sélective et peut donc isoler avec précision l'hydrogène des autres gaz.
Applications médicales
Avec des niveaux élevés d'hydrogène connus pour être liés à des troubles gastro-intestinaux, la technologie a un fort potentiel pour une utilisation dans le diagnostic médical et le suivi.
Actuellement, l'approche diagnostique standard consiste à utiliser des échantillons d'haleine, qui sont envoyés aux laboratoires pour traitement.
Sabri a déclaré que la nouvelle puce pourrait être intégrée dans un appareil portable pour fournir des résultats instantanés.
"Avec des affections intestinales, la différence entre les niveaux sains d'hydrogène et les niveaux malsains est infime - seulement 10 parties par million - mais notre capteur peut mesurer avec précision de telles différences minuscules, " il a dit.
Une demande de brevet provisoire a été déposée pour la technologie et l'équipe de recherche espère collaborer avec des fabricants de capteurs d'hydrogène, réservoirs de carburant, des batteries ou des sociétés de diagnostic médical pour commercialiser le capteur.
