;
Новости 2 апреля 2022

Физики создали безопасные оптоволоконные датчики водорода

Далее

Немецкие ученые разработали датчики, которые определяют концентрацию водорода в воздухе. Технология измерений не зависит от электричества и предотвращает угрозу случайного взрыва.

Физики из Института телекоммуникаций им. Фраунгофера модифицировали оптическое волокно, чтобы создать датчик водорода. С использованием лазера инженеры формируют брэгговскую решетку в сердцевине оптоволокна. Такая структура обеспечивает избирательное отражение света с определенной длиной волны. Затем вокруг чувствительно части оптоволокна наносится покрытие, которое может взаимодействовать с водородом.

«Мы работаем с каталитическими слоями, например, палладием или палладиевыми сплавами, — говорит Гюнтер Флахенекер, научный сотрудник Института телекоммуникаций им. Фраунгофера. — Палладий обладает способностью впитывать водород, как губка. Как только два вещества встречаются, водород распадается на атомы, которые проникают в кристаллический каркас палладия».

Включение атомов водорода в палладиевую структуру приводит к удлинению оптического волокна, отмечают исследователи. Это можно мгновенно измерить по изменению сигналов отраженного света с помощью волоконной брэгговской решетки. После того, как концентрация водорода в воздухе вокруг датчика падает, атомы газа высвобождаются из палладия, а оптоволокно сокращается. При этом покрытие не повреждается, а значит датчик можно использовать многократно.

Ученые подчеркивают, что поглощение водорода становится возможным только благодаря крошечным размерам атомов. Другие вещества не смогут встроиться в палладиевую структуру, а значит ложное срабатывание датчика исключено.

Водород рассматривается в качестве перспективного и экологичного вида топлива, однако его использование сопряжено с определенными рисками. Кроме опасности воспламенения, характерной для всех видов топлива, утечки водорода в резервуарах или трубопроводах могут привести к мощному взрыву. Если концентрация водорода в воздухе превышает порог в 4%, который может быть быстро достигнут при достаточном давлении в резервуаре с водородом, достаточно одной искры, чтобы вызвать взрыв, отмечают исследователи.

«В продаже есть коммерческие приборы, предназначенные для измерения уровня водорода, как правило, это каталитические термохимические или гальванические датчики. Оба вида сенсоров работают от электричества. Поэтому неисправность устройства или проводов может спровоцировать взрыв, который они должны были предотвратить», — отмечает Флахенекер.

Электроника для записи данных измерений оптоволоконных сенсоров, например, спектрометр для оценки показаний датчиков, может быть установлена в безопасном месте на любом расстоянии. Отсутствие прямого контакта с электричеством минимизирует вероятность взрыва.

Разработчики считают, что созданные ими датчики могут стать неотъемлемой частью транспортных средств, работающих на водороде, заправочных станций, автомастерских. Кроме того, технология позволяет создать крупную сеть датчиков, которая одновременно контролирует водородную инфраструктуру во многих точках.


Читать далее:

Ядерному синтезу больше не нужны миллионы градусов: как работает новый метод

Самолет A380 совершил первый перелет на растительном масле

Ученые наконец-то поняли, как мягкие капли жидкости разрушают твердые поверхности