22:39 2017年11月22日
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    俄罗斯物理学家研究出探测爆炸性气体的新方法

    俄罗斯物理学家研究出探测爆炸性气体的新方法

    CC BY 2.0 / paologhedini
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    俄罗斯国立核能研究大学-莫斯科工程物理学院研制出无需热化学感应控制设备探测氢气装备的模拟装置。研究论文获得俄罗斯联邦教育与科学部的资金支持,刊登在《Technical Physics Letters》杂志上。

    氢气与空气混合转变为爆鸣气 ,即,爆炸性混合气体。因此,科学家们研制出可以在复杂使用环境中作业的不同氢气感应控制设备(例如,高温或高气体浓度)。

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    © 照片: 俄罗斯国立核能研究大学莫斯科工程物理学院
    在传统的空气气体混合物中探测氢气的装备上,采用热化学感应控制设备。它们依靠气体和氢气混合物铂表面上可以渗透氢气燃点反应进行"作业",该反应可加热铂表面。感应控制设备测得加热,"探明"空气中是否有氢气及其数量。当感应控制设备放置到一个基片制成的多功能传感器内时,较大数量的类似热元件将构成问题。因此,从科学角度来看,使用在碳化硅单晶体片上建造的"内部"薄膜结构备用件具有很大的意义。也就是说,这样在不采用外部电源的情况下,也是可以的,采用只改变可以测量的材料性能的方式作为反应。

    国立核能研究大学-莫斯科工程物理学院科学家决定研究,如何根据外界空气中氢气含量改变MOSiC(金属-氧化物-碳化硅)结构性能。研究人员在(尺寸15x15毫米,厚度400微米)氧化硅片上放置两个膜片:对氢气敏感的"作业"氧化钨膜片(200毫微米厚度)及应加速化学反应的铂片(10毫微米)。在该片的背面形成接触点,以便去除电流。

    所研究的样本安置在专门的加热器上,确保恒温。样本加热模拟实际系统中感应控制设备作业环境。稳定恒定可确保感应控制设备上受温度变化和氢气作用的效果进行严格划分。在加热器和样本之间放置涂有金层的蓝宝石片,以便背面接触片与外部电磁作用的绝缘。将含有研究样本的加热器放置到构成空气-氢气混合物的不锈钢舱内,同时监测氢气浓度。

    为测量氢气,检测样本两端:气体敏感端(氧化钨)和背面之间的电信号。输送氢气到空气环境中,直至浓度达到2%可导致信号增加15倍 — 发现该系统高于传统方式测得的反应。后者归结于在改变外部电压时,测得结构流经的电流。在新的方法中,在不施加外部电压情况下,测量从"端面"到"背面"经基片流经的电流。因此,在不附加高价基片接触层情况下,所构成的MOSiC结构发挥作用,对氢气的反应信号活跃度十分充分,使得在不采用辅助电源情况下,在实践中采用该结构。

    国立核能研究大学-莫斯科工程物理学院教授,LaPlaz学院重要科研工作者,论文作者之一的维雅切斯拉夫·福明斯基表示:"对氢气的反应速度和强度指明在碳化硅高温氢气感应控制设备上已发现效果的实际使用可能性。所取得膜片的结构、化学和电物理性能经受住了在与氢气分子接触时的明显变化,特别是在较高温度条件下(达500℃)的变化。氢气作用下的金属氧化膜多因素变化体现在碳化硅半导电基片的气体敏感面和背面之间测得电脉冲上。"

    在复杂的高温和高浓度环境下测量氢气和其他爆炸性气体的科研工作 — 既对于科学,也对于众多工业领域是很迫切的问题。研究人员认为,新的发明可以制造不仅对氢气,以及对其他爆炸性气体具有明显效用的探测器。

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    俄罗斯
    社区公约讨论