《基於隧穿原理的PdMx合金納米粒子陣列氫氣感測器研究》是依託南京大學，由謝波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於隧穿原理的PdMx合金納米粒子陣列氫氣感測器研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：謝波
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氫氣感測器的開發是保障用氫安全的有效手段，也是發展氫能源的前提。基於量子隧穿原理的Pd納米結構氫氣感測器以其新的感測機理將氫感測性能提升到了一個新的高度。但是，這類氫氣感測器仍然存在固有的缺陷：α-β相變區域，氫氣濃度的絕對測量的線性關係完全喪失，並且對氫氣的回響時間大幅延長。本項目採用可控的納米粒子束流技術製備PdMx二元合金納米粒子陣列，以此陣列對氫氣的回響特性為研究對象，探究納米尺度下金屬M組分對金屬氫化物PdMHx的相變過程的影響,揭示PdMx二元合金納米粒子的氫化反應動力學中的反應時間、納米粒子尺寸、納米粒子的合金組分等諸多因素之間的定量關係，構建氫氣感測器的最佳化模型。在此基礎上，解決基於隧穿原理的Pd納米結構氫氣感測器在1-10%氫濃度的關鍵工作區域的回響速度變慢與線性度喪失的問題。本項目的完成將為氫能源的開發奠定堅實的基礎，還可為氫氣感測器的發展提供一條簡單易行的途徑。
結題摘要
開發有效的氫氣探測技術對氫能源的發展起著至關重要的作用。在本課題的研究中，利用自主研發的雙靶磁控電漿氣體聚集源並結合團簇束流技術成功製備了鈀/鎳二元合金納米粒子及其陣列結構，並將鈀/鎳合金納米粒子陣列作為重點研究對象，在氫氣氣敏特性的調控與氫化物相變規律方面展開了細緻的研究工作，主要的研究進展如下：（1）以雙靶共濺射磁控電漿氣體聚集源為工具，結合團簇束流技術，通過沉積過程中實時監測納米粒子陣列電導變化實現了PdNi合金納米粒子密排陣列的可控制備；（2）通過X射線光電子能譜和透射電子顯微鏡對製備的PdNix合金納米粒子陣列的組分含量和形貌結構進行了表征，發現隨著Ni組分含量的增加PdNix合金納米粒子晶格常數變小；（3）將PdNix合金納米粒子陣列用於構造基於量子輸運的氫氣感測器，並考察了不同組分含量的PdNix合金納米粒子陣列吸氫動力學與吸氫過程的結構相變特徵，發現Ni的含量的增加會導致氫化物相變區向高濃度區域拓展，感測器的線性回響範圍獲得了顯著提高，回響速度也明顯變快；（4）將PdNix合金納米粒子陣列作為感測器晶片，研製了一套氫氣感測器樣機，該樣機可用於探測ppm量級濃度的氫氣。本項目探索了鈀基二元合金納米粒子陣列的可控制備方法，通過引入合金元素調控了金屬氫化物的相變特性，為基於量子輸運的氫氣感測器提供了可行的最佳化性能方案與理論參考。
