Технические науки

Оптоволокно поможет засечь утечки водорода за сотни метров

Водородная цистерна для автомобильного двигателя

Joseph Brent/Flickr

Инженеры из России и Чехии создали сенсор для «водородной сигнализации», который обнаружит утечки взрывоопасного газа и может работать с расстояния в сотни метров в режиме онлайн. О дешевых многоразовых датчиках, которым, в отличие от электронных сенсоров, не страшны газы-окислители, ученые рассказали в журнале ACS Sensors.

Водород — перспективный альтернативный источник энергии, но в смеси с кислородом или воздухом он взрывается. Утечки водорода бывают очень опасны, и их не удастся заметить без соответствующего оборудования. «Поэтому нужно детектировать молекулы водорода в газовой смеси. Сейчас это делают с помощью различных способов, в том числе с использованием электронных сенсоров, хотя они являются потенциальным источником искры. Мы обратили свое внимание на оптическое волокно. Это простой и коммерчески доступный материал. При этом можно максимально удалить сенсор от места детектирования, так как оптоволокно легко позволяет передавать информацию на большие расстояния. Сенсор может размещаться в двигателе машины, работающей на водороде, или в месте заправки, а в кабине может быть индикатор утечки», — отмечает один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников, который разработал новый сенсор вместе с коллегами из ТПУ и Университета химии и технологии Праги.

Оптическое волокно — это тонкие нити из прозрачного материала, например стекла или пластика. Из него делают кабели, которые передают информацию в форме светового импульса. Инженеры удалили фрагмент оболочки оптоволокна и покрыли это место тончайшим слоем золота при помощи магнетронного напыления. На поверхности этой «золотой зоны» возникает эффект поверхностного плазмонного резонанса — возбужденного состояния, которое становится источником аналитического сигнала. На этой золотой пластинке из матричного раствора исследователи вырастили металлоорганический каркас, состоящий из молекул цинка и специфических органических соединений.

«Этот каркас крайне чувствителен к водороду, он буквально захватывает из воздуха молекулы. При этом он инертен к другим газам. Чувствительность сенсора такой конструкции сопоставима со стационарным хроматографом, который в десятки раз дороже и требует квалифицированного персонала, — говорит Павел Постников. — Сейчас нам удалось добиться предела определимости ниже 2%, при том что нижний порог взрываемости смеси водорода и кислорода порядка 4%». Кроме того, этот сенсор без труда работает в присутствии газов-окислителей (углекислый газ, различные оксиды), которые в большом количестве присутствуют в воздухе и мешают другим датчикам.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.