Een waterstofsensor die werkt op kamertemperatuur

Onderzoekers van de TU Delft hebben een waterstofsensor ontwikkeld die op kamertemperatuur werkt. De sensor is gemaakt van een dunne laag wolfraamtrioxide.

Een van de eigenschappen van wolfraamtrioxide is dat het kristalrooster veel open ruimtes bevat. Als gevolg daarvan kan het materiaal gemakkelijk worden gedoteerd.

"Op zichzelf is wolfraamtrioxide een isolator", zegt hoofdauteur Giordano Mattoni van het onderzoek. "Maar als je het doteert voeg je elektronische ladingen toe die het materiaal een andere kleur geven en het ook geleidelijk veranderen in een metaal. We wilden proberen dunne films wolfraamtrioxide met waterstofgas te doteren, om te zien of het als sensor kon functioneren."
Dat bleek inderdaad zo te zijn. De onderzoekers creëerden eerst dunne laagjes wolfraamtrioxide met pulsed laser deposition. Zo konden ze het materiaal laagje voor laagje op een substraat deponeren. "Op deze manier konden we laagjes wolfraamtrioxide maken met een dikte van slechts 9 nanometer."

Meten van weerstand

De onderzoekers plaatsten platina druppels bovenop de wolfraamtrioxide. Platina staat bekend als een katalysator die de waterstofmoleculen scheidt in atomen. Deze atomen, zo observeerden de onderzoekers, konden vervolgens de rasterstructuur van wolfraamtrioxide binnendringen, en het zodoende langzaam van een isolator in een metaal veranderen. "Dit betekent dat we door het meten van de weerstand van het materiaal kunnen bepalen hoeveel waterstof er in de omgeving aanwezig is."

Gevoeliger

De sensor is veel gevoeliger dan commercieel verkrijgbare producten en kan binnen enkele minuten worden hergebruikt. "Ook kan door het verhogen of verlagen van de temperatuur van de sensor het gevoeligheidsbereik voor verschillende toepassingen worden ingesteld."

Tot slot maakt het feit dat de sensor uit een dun laagje materiaal bestaat, alsmede de compatibiliteit met bestaande halfgeleidertechnologieën, het mogelijk om de sensor op te schalen voor massaproductie. Mattoni en de TU Delft hebben een octrooiaanvraag ingediend voor de nieuwe sensortechnologie.