Crédito: Universidad Tecnológica de Delft

Los investigadores de TU Delft han desarrollado un sensor de hidrógeno altamente sensible y versátil que funciona a temperatura ambiente. El sensor está hecho de una capa delgada de un material llamado trióxido de tungsteno.

El hidrógeno tiene el potencial de reemplazar los combustibles fósiles como el principal portador de energía en el futuro cercano. Tiene la energía más alta por masa de cualquier combustible y puede producirse de forma sostenible. Sin embargo, también es inflamable, por lo que los sensores que pueden detectarlo son una necesidad absoluta para la transición a un . Ya existen varios tipos de sensores de hidrógeno, pero la mayoría de estos sensores requieren altas temperaturas para funcionar. Los investigadores de TU Delft ahora han desarrollado un sensor que funciona a temperatura ambiente.

Un material cristalino

El nuevo sensor está hecho de un material llamado trióxido de tungsteno. Una de las propiedades del trióxido de tungsteno es que contiene muchos espacios abiertos Como resultado, el material puede doparse fácilmente, lo cual es la práctica de cambiar sus propiedades electrónicas al introducir otros átomos.

“Por sí solo, el trióxido de tungsteno es un aislante”, dijo Giordano Mattoni, autor principal. “Pero cuando lo dices, agregas cargas electrónicas que convierten el material en un color diferente y también lo cambian gradualmente en un metal. Queríamos tratar de dopar películas delgadas de trióxido de tungsteno con gas de hidrógeno para ver si podía funcionar como un sensor.”

Resulta que sí puede. Los investigadores primero crearon láminas delgadas de trióxido de tungsteno usando un método llamado deposición de láser pulsado. De esta forma, pudieron depositar capas individuales del material sobre un sustrato, una por una. “Usando este método, creamos láminas de trióxido de tungsteno con un espesor de solo nueve nanómetros”, dijo Mattoni.

Funcionamiento a temperatura ambiente

Luego, los investigadores colocaron gotas de platino sobre las delgadas capas de trióxido de tungsteno. Es bien sabido que el platino funciona como un catalizador que separa las moléculas de hidrógeno en átomos de hidrógeno individuales. Estos átomos, observaron los investigadores, podrían entrar en el de trióxido, convirtiéndolo lentamente de un aislante en un metal. “Esto significa que, al medir la resistencia del material, podemos determinar la cantidad de hidrógeno presente en el ambiente”, explicó Mattoni.

Lo que establece este nuevo sensor aparte de la mayoría de los demás es que se puede usar en . “También es mucho más sensible que los productos disponibles comercialmente y puede reutilizarse en cuestión de minutos”, agregó Mattoni. “Además, al aumentar o disminuir el del sensor, el rango de sensibilidad puede ajustarse para diferentes aplicaciones “.

Finalmente, la naturaleza de la película delgada y la compatibilidad con las tecnologías de semiconductores actuales permiten que el sensor se amplíe hacia la producción en masa. Mattoni y TU Delft presentaron una solicitud de patente para esta novedosa tecnología de detección.


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Más información: Giordano Mattoni y otros Películas ultrafinas WO3 decoradas con Pt de un solo cristal: una plataforma para detección de hidrógeno por debajo de las ppm a temperatura ambiente, ACS Applied Nano Materials (2018) DOI: 10.1021 / acsanm.8b00627