10:00 2017年11月25日
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    俄羅斯物理學家研究出探測爆炸性氣體的新方法

    俄羅斯物理學家研究出探測爆炸性氣體的新方法

    CC BY 2.0 / paologhedini
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    俄羅斯國立核能研究大學-莫斯科工程物理學院研制出無需熱化學感應控制設備探測氫氣裝備的模擬裝置。研究論文獲得俄羅斯聯邦教育與科學部的資金支持,刊登在《Technical Physics Letters》雜誌上。

    氫氣與空氣混合轉變為爆鳴氣 ,即,爆炸性混合氣體。因此,科學家們研制出可以在複雜使用環境中作業的不同氫氣感應控制設備(例如,高溫或高氣體濃度)。

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    © 照片: 俄羅斯國立核能研究大學莫斯科工程物理學院
    在傳統的空氣氣體混合物中探測氫氣的裝備上,採用熱化學感應控制設備。它們依靠氣體和氫氣混合物鉑表面上可以滲透氫氣燃點反應進行"作業",該反應可加熱鉑表面。感應控制設備測得加熱,"探明"空氣中是否有氫氣及其數量。當感應控制設備放置到一個基片製成的多功能傳感器內時,較大數量的類似熱元件將構成問題。因此,從科學角度來看,使用在碳化硅單晶體片上建造的"內部"薄膜結構備用件具有很大的意義。也就是說,這樣在不採用外部電源的情況下,也是可以的,採用只改變可以測量的材料性能的方式作為反應。

    國立核能研究大學-莫斯科工程物理學院科學家決定研究,如何根據外界空氣中氫氣含量改變MOSiC(金屬-氧化物-碳化硅)結構性能。研究人員在(尺寸15x15毫米,厚度400微米)氧化硅片上放置兩個膜片:對氫氣敏感的"作業"氧化鎢膜片(200毫微米厚度)及應加速化學反應的鉑片(10毫微米)。在該片的背面形成接觸點,以便去除電流。

    所研究的樣本安置在專門的加熱器上,確保恆溫。樣本加熱模擬實際系統中感應控制設備作業環境。穩定恆定可確保感應控制設備上受溫度變化和氫氣作用的效果進行嚴格劃分。在加熱器和樣本之間放置塗有金層的藍寶石片,以便背面接觸片與外部電磁作用的絕緣。將含有研究樣本的加熱器放置到構成空氣-氫氣混合物的不鏽鋼艙內,同時監測氫氣濃度。

    為測量氫氣,檢測樣本兩端:氣體敏感端(氧化鎢)和背面之間的電信號。輸送氫氣到空氣環境中,直至濃度達到2%可導致信號增加15倍 — 發現該系統高於傳統方式測得的反應。後者歸結於在改變外部電壓時,測得結構流經的電流。在新的方法中,在不施加外部電壓情況下,測量從"端面"到"背面"經基片流經的電流。因此,在不附加高價基片接觸層情況下,所構成的MOSiC結構發揮作用,對氫氣的反應信號活躍度十分充分,使得在不採用輔助電源情況下,在實踐中採用該結構。

    國立核能研究大學-莫斯科工程物理學院教授,LaPlaz學院重要科研工作者,論文作者之一的維雅切斯拉夫·福明斯基表示:"對氫氣的反應速度和強度指明在碳化硅高溫氫氣感應控制設備上已發現效果的實際使用可能性。所取得膜片的結構、化學和電物理性能經受住了在與氫氣分子接觸時的明顯變化,特別是在較高溫度條件下(達500℃)的變化。氫氣作用下的金屬氧化膜多因素變化體現在碳化硅半導電基片的氣體敏感面和背面之間測得電脈衝上。"

    在複雜的高溫和高濃度環境下測量氫氣和其他爆炸性氣體的科研工作 — 既對於科學,也對於眾多工業領域是很迫切的問題。研究人員認為,新的發明可以製造不僅對氫氣,以及對其他爆炸性氣體具有明顯效用的探測器。

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