薄膜厚度決定氫感測機制
- 上線日期：2010/3/31 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
氫分子不僅是燃料電池(feul cell)及內燃機引擎(combustion engine)的最愛，科學研究及工業上也常會用到氫，例如在玻璃製作、煉鐵及石化產品的提煉過程中，都可見到氫的蹤影。為了提高操作效率，這些應用往往需要能即時且精準的監測氫氣流，而這有賴於研發出一套快速精確的感測系統。
以鈀(palladium, Pa)薄膜製成的氫感測器是一種簡單又有效的元件，頗受研究人員歡迎。鈀一旦接觸到氫，便會產生兩種可能的反應機制：其一是鈀最初在基板上沉積時形成不連續的薄膜，一旦曝露在氫氣中，氫的吸附會造成鈀原子簇腫脹，導致薄膜間的縫隙閉合，使電子有更多通道橫越薄膜，導電率因而升高；另一種是鈀形成連續的薄膜，曝露在氫氣中會起化學反應，形成導電率較差的氫化鈀，因此薄膜的電阻會升高。
這兩種機制相互競爭，操控了鈀薄膜感測氫的效果，為了釐清奈米結構相關特性對於這兩種機制的影響，美國阿崗(Argonne)國家實驗室奈米材料研究中心的科學家先利用濺鍍法(sputer)沉積出鈀薄膜，然後以原子力顯微鏡(AFM)觀察樣品，並以自製的儀器量測該樣品曝露在氫氣中的表現。他們發現在氫濃度低於曝露下限，上述兩種機制在鈀薄膜厚度約為5 nm時會勝負交叉(crossover)，而比對AFM及感測數據的結果，讓他們得以確定是哪些結構參數(例如鈀島狀物的大小及間距)決定了哪一種感測機制取得優勢。
該小組接下來將研究在薄膜上製作不同長度的結構，會如何影響感測的反應時間、靈敏度及可逆性。這項研究的最終目的是要發展高性能的氫感測器，以便在各學術研究及工業應用中派上用場。詳見Nanotechnology 21, p.125501(2010)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/lab/41994
譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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