三氧化鎢氫氣光纖傳感器

氫氣(H2)被認為是一種非常清潔的能源,並且燃燒熱值十分高。然而,由於氫氣的爆炸濃度範圍非常大(4%到75%),點燃能量非常低(0.02mg),並且傳播速度非常快;同時,極小的分子尺度也導致了它的儲藏和運輸非常困難。因此,開發能精確、快速地應用到各種環境的氫氣濃度探測的高靈敏度的氫氣光纖傳感器,已經成為了一個研究熱點。目前,市面上存在的氫氣感測器主要是基於貴重金屬的多模二氧化矽光纖,然而,這些感測器存在著靈敏度較低、成本較高、壽命短、易受環境污染等缺點。
 
三氧化鎢(WO3)是一種過渡金屬氧化物,屬於n型半導體,為半導體氣敏感測器,三氧化鎢已被認為是檢測NOx、SOx、NH3、CO、氫氣、硫化氫等最有前景的新型氧化物氣敏材料之一。基於三氧化鎢的氫氣氣敏感測器的研究很多,大多是結合了鈀、鉑等貴金屬的薄膜,1975年,Lund-strom提出的Pd-MOSFET結構的氫氣感測器開啟了薄膜領域的研究,2012年有學者提出鈀催化三氧化鎢薄膜對氫氣的感應熱性的研究等。

氫氣光纖傳感器三氧化鎢WO3照片
 
有研究指明一種基於標準的多模二氧化矽氫氣光纖傳感器,具有62.5微米直徑的纖核和125微米直徑的包層,其鎢薄膜通過射頻濺射沉澱在光纖頭部,再腐蝕為鎢酸薄膜,而後控制一定溫度煆燒,得到三氧化鎢光纖傳感器。後續實驗表明,三氧化鎢光纖傳感器是以近紅外光作為光源;在0.06%的氫氣濃度下,反應強度為6%的反射變化率;在1%的氫氣濃度下,反應強度增大為12%的反射變化率,由此顯示出三氧化鎢感測器對氫氣的高靈敏度。
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