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材料科學系梅永豐課題組在氫氣可視化探測方面取得新進展

來源:材料科學系發布時間:2018-05-22

近日,材料科學系梅永豐課題組利用自卷曲納米薄膜在氫氣可視化探測方面取得新進展,4月6日2019全球最大网赌正规平台,研究成果以“Stimuli-responsive and on-chip nanomembrane micro-rolls for enhanced macroscopic visual hydrogen detection”為題在線發表于Science Advances。

折紙作為一種傳統的藝術,可以將二維平面的紙張轉變成復雜的三維結構。受折紙的啟發,梅永豐課題組利用金屬鈀在氫氣環境中的體積膨脹,通過卷曲納米技術,成功制備出具有刺激-響應功能的大面積高密度卷曲納米薄膜觸發器陣列芯片。該刺激-響應卷曲納米薄膜陣列由鈦、鉻、鈀三層納米薄膜構成2019全球最大网赌正规平台,其中鈦2019全球最大网赌正规平台、鉻層作為應變層,鈀層作為刺激-響應層,通過電子束蒸發的方法依次沉積到玻璃基片上。其制備的關鍵是納米薄膜的質量控制及沉積條件,通過對厚度、密度和整合度等參數的控制保證納米薄膜的均勻性2019全球最大网赌正规平台。

研究人員發現,在氫氣環境下2019全球最大网赌正规平台,鈀層吸附氫氣發生體積膨脹,卷曲納米薄膜展開至平面狀態,當氫氣的濃度降低至一定程度或為零時,納米薄膜恢復至卷曲狀態?;趶椥粤W模型,可以很好地解釋納米薄膜在卷曲和平面狀態之間的可逆形狀變化2019全球最大网赌正规平台。在氫氣的吸附和解吸過程中,鈀層的應變變化使得卷曲納米薄膜的直徑發生顯著變化,在氫氣刺激后由于鈀層的外部壓縮應變,卷曲納米薄膜的直徑減小2019全球最大网赌正规平台。在不同濃度的氫氣刺激下,卷曲納米薄膜的直徑減小的程度不同2019全球最大网赌正规平台,隨著氫氣濃度的增加,卷曲納米薄膜的直徑減小。

為了更加直觀的表現刺激-響應卷曲納米薄膜陣列在氫氣環境下的刺激-響應行為,課題組設計了一個“FUDAN”圖案的大面積卷曲納米薄膜陣列,在低濃度氫氣的刺激下2019全球最大网赌正规平台,可以觀察到非常明顯的響應行為和可視化觀察。

研究發現,大面積高密度卷曲納米薄膜陣列的這種均勻的刺激-響應行為具有非常好的宏觀視覺檢測效果,響應時間最快為3.4s,恢復時間最快為7.6s2019全球最大网赌正规平台2019全球最大网赌正规平台。在圖案設計的優化下2019全球最大网赌正规平台,透過率的變化超過了50%;在鈀層厚度的優化下,氫氣濃度的檢測極限低至1%2019全球最大网赌正规平台,可用于石油化工行業的無電安全檢測。這項研究工作也為開發新型高集成度高密度的三維宏觀功能器件與系統提供了新思路。

復旦大學材料科學系博士研究生胥博瑞為本文的第一作者,復旦大學材料科學系教授梅永豐和韓國延世大學教授Taeyoon Lee為本文的共同通訊作者。研究工作得到了國家自然科學基金、上海市科學技術委員會2019全球最大网赌正规平台、國家科技攻關計劃和長江青年學者計劃的共同資助2019全球最大网赌正规平台,這項工作還得到了韓國國家研究基金會優先研究中心計劃的支持。

 

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