Onderzoekers van onder meer de VU en de TU Eindhoven hebben een eerste optische waterstofsensor ontwikkeld die waterstofgas in deeltjes per miljard (ppb) concentraties kan detecteren. Deze innovatie maakt (potentieel gevaarlijke) elektrische sensoren overbodig.
Tot nu toe was er geen enkele optische waterstofsensor met een detectielimiet binnen het ppb-gebied. Dit was meestal te wijten aan het gebruikte actieve materiaal, voornamelijk palladium (Pd) of palladium-legeringen. Bij gebruik als plasmonische waterstofsensor produceert palladium brede optische spectra. Dit leidt tot een signaal met veel ruis en dus een beperkte resolutie om lage concentraties te detecteren.
De onderzoekers hebben dit opgelost door een proefmonster te creëren dat bestaat uit een spectrum van Pd-nanodeeltjes die de zogenaamde Surface Lattice Resonance (oppervlakte-roosterresonantie) ondersteunen, wat leidt tot (veel) smallere optische spectra en daardoor zeer hoge gevoeligheid. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Nature Communications.
Waterstofsensoren worden in vele toepassingen gebruikt, zoals in de chemische industrie, diagnostiek, levensmiddelen, en in toenemende mate ook op het gebied van veiligheid door de opkomst van waterstofvoertuigen.
“Voor deze laatste toepassing is veiligheid een belangrijk punt,” zegt VU-natuurkundige Ferry Nugroho, “aangezien waterstof in een bepaalde concentratie brandbaar is. Tot op heden werden hiervoor vooral elektrische sensoren gebruikt, omdat die gevoelig zijn en een bereik hebben tot ppb concentraties. Ze worden echter als riskant beschouwd omdat er stroom bij komt kijken en er vonken kunnen ontstaan.”
Hij vervolgt: “Optische sensoren daarentegen zijn inherent veilig, omdat ze geen elektrische onderdelen op het meetgebied nodig hebben. Bovendien hebben optische waterstofsensoren zich snel ontwikkeld en presteren nu qua snelheid en miniaturisering even goed – zo niet beter – dan elektrische sensoren, met één uitzondering, namelijk als het gaat om gevoeligheid.” De vinding van Nugroho en zijn collega’s lost dat probleem ook op.
