Un equipo de la Universidad de Osaka ha inventado un nuevo proceso para crear dispositivos de detección de alta precisión que responden a la presencia de gas hidrógeno. Al controlar cuidadosamente la deposición de nanopartículas metálicas en una superficie de silicio, los investigadores pudieron crear un sensor quepuede detectar niveles bajos de hidrógeno en función de los cambios en la corriente eléctrica. Esta investigación puede tener importantes beneficios como parte de un cambio a los combustibles a base de hidrógeno, que podrían impulsar los automóviles de cero emisiones del futuro y ayudar a combatir el cambio climático antropogénico.
Para fabricar un sensor de hidrógeno, los investigadores depositaron paladio metálico sobre un sustrato de silicio. El paladio depositado forma nanopartículas en el sustrato, y actúan como pequeñas islas que son excelentes conductores de electricidad, pero porque no forman una red conectada, la corriente en el dispositivo es muy pequeña.
Sin embargo, cuando los átomos de hidrógeno están presentes, se absorben en las nanopartículas de paladio, aumentando el volumen de las nanopartículas, y luego unen las brechas entre las islas. Eventualmente, se forma una ruta completamente conectada y los electrones pueden fluir con mucha menos resistenciaDe esta manera, incluso un pequeño cambio en la concentración de hidrógeno puede conducir a un aumento masivo en la corriente, por lo que los dispositivos pueden volverse muy sensibles.
En primer lugar, un desafío significativo que los investigadores de Osaka tuvieron que superar fue controlar con precisión las brechas entre las islas para depositar. Si el tiempo de deposición era demasiado corto, las brechas entre las nanopartículas son demasiado amplias y no se salvarían incluso cuando el hidrógeno fueraPor el contrario, si el tiempo de deposición fuera demasiado largo, las nanopartículas formarían una red conectada por sí mismas, incluso antes de que se aplicara hidrógeno. Para optimizar la respuesta del sensor, el equipo de investigación desarrolló un método novedoso para monitorear y controlar la deposiciónde paladio llamado resonancia piezoeléctrica.
"Los materiales piezoeléctricos, como un cristal de cuarzo en un reloj de pulsera, pueden vibrar a una frecuencia muy específica en respuesta a un voltaje aplicado", explica el autor principal, el Dr. Hirotsugu Ogi. Aquí, una pieza de niobato de litio piezoeléctrico se configuró para vibrardebajo de la muestra durante la deposición de nanopartículas metálicas. El piezoeléctrico oscilante creó un campo eléctrico alrededor de la muestra, que a su vez indujo una corriente en el dispositivo que dependía de la conectividad de la red de paladio.
Entonces, la atenuación de la oscilación cambia dependiendo de la conectividad. Por lo tanto, al escuchar el sonido medir la atenuación del material piezoeléctrico, la conectividad se puede monitorear.
"Al optimizar el tiempo de deposición utilizando el método de resonancia piezoeléctrica, los sensores de hidrógeno resultantes fueron 12 veces más sensibles que antes", dice el primer autor, el Dr. Nobutomo Nakamura. "Estos dispositivos pueden representar un paso hacia un futuro de energía más limpia que involucra hidrógeno"."
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Materiales proporcionados por Universidad de Osaka . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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