Tiêu đề: Rapid Optical and Electrical Sensing of Hydrogen Using Templated Control of Nano-hydride Geometry and Magnetic Composition (Cảm Biến Nhanh Khí Hydrogen Dựa Trên Phương Pháp Điện Và Quang Bằng Cách Tối Ưu Hóa Cấu Trúc Nano Và Thành Phần Của Kim Loại Từ Tính).
Abstract
The use of hydrogen (H2) fuel as a clean and renewable alternative is one of the most practical solutions for the already serious fossil-fuel shortages, global climate change, and air pollution. However, significant challenges remain with respect to the safe deployment of H2 fuel sources because H2 is the smallest molecule, is extremely prone to leaks, and has relatively low ignition energy in a broad flammability range. Unfortunately, particularly robust sensors for H2 leak detection and concentration monitoring has not been achieved. This is a serious barrier preventing its widespread adoption. To this end, we have developed a class of lightweight optical1,2, magneto-optical3, and electrical H2nano-sensors4 based on a metasurface of PdCo alloy nano-patchy particle or nano-hole arrays.The sensing nano-arrays was fabricated utilizingthe nano-lithography in combination with the glancing angle co-deposition (GLACD). The structure of the sensors are readily nano-engineered to yield extraordinarily rapid response to H2 gas (~1 s or less at 1 mbar H2 partial pressure) with a high degree of accuracy (<5%), a limit of detection of 1ppm or lower,and strong resistance to humidity (<90%) and other interference gases. The superior performance of our sensor places it among the fastest and most sensitive optical and electrical H2 sensors.
References:(1)H. M. Luonget al.Nature Communications 12, 2414 (2021). (2) H. M. Luong et al.Nano Energy, 71, 104558 (2020). (3) H. M. Luong, et al.Nano Energy, 109, 108332 (2023). (4) M. T. Phamet al.ACS Applied Nano Materials 4 (4), 3664-3674 (2021)
Biography:
Dr. Tho Nguyen is an Associate Professor of Physics, University of Georgia (UGA). He received his BA degrees in Physics Education (1996) and Computer Science (1998) from Can tho University, and MS degree in Science Education (2004) and Ph.D. degree in Condensed Mater Physics (2008) from the University of Iowa. He went for two postdoctoral stays at the University of Tennessee (2008) and the University of Utah (2008-2010). After that, he was promoted to Research Assistant Professor in the University of Utah from 2010. He obtained a Tenure Track Assistant Professor at UGA since 2012. He has been heavily involving in organic spintronics research including magnetic field effect in organic light emitting diodes and magnetoresistance in organic spin valves since 2004. He has recently focused on conductingsemitransparent perovskite solar cells for green house applications, and spintronics in 3D and 2D organic-inorganic hybrid perovskites. His second research direction is plasmonic lattices in THz and Vis-IR wavelengths and their applications for chemical and hydrogen gas sensors. He has published above 70 papers in the prestigious peer-reviewed journals, and obtained two US patents.
Cảm Biến Nhanh Khí Hydrogen Dựa Trên Phương Pháp Điện Và Quang Bằng Cách Tối Ưu Hóa Cấu Trúc Nano Và Thành Phần Của Kim Loại Từ Tính
Việc sử dụng nhiên liệu hydro (H2) như một giải pháp thay thế sạch và tái tạo là một trong những giải pháp thiết thực nhất cho tình trạng thiếu nhiên liệu hóa thạch, biến đổi khí hậu toàn cầu và ô nhiễm không khí vốn đã rất nghiêm trọng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức đối với việc triển khai một cách an toàn nguồn nhiên liệu H2 vì H2 là phân tử nhỏ nhất, cực kỳ dễ bị rò rỉ, và có năng lượng đốt cháy tương đối thấp ngay cả đối với một nồng độ nhỏ của H2 trong không khí.Thật không may, các cảm biến khí H2 nhạy và tin cậy để phát hiện rò rỉ H2 và giám sát nồng độ của nó vẫn chưa đạt được. Đây là một rào cản lớn ngăn cản việc áp dụng rộng rãi khí H2 trong thực tiễn. Để đạt được mục tiêu này, chúng tôi đã phát triển một lớp cảm biến khí H2 có kích thước nano và nhẹ sử dụngphương pháp quang học, quang từ và điện dựa trên siêu bề mặt của hạt nano hoặc mảng lỗ nano hợp kim PdCo.Các mảng nano cảm biến được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật in thạch bản nano kết hợp với phương pháp bay hơicùng lúc nhiều kim loại (GLACD). Cấu trúc nano của các cảm biến dễ dàng được thiết kếđể mang lại phản ứng cực nhanh đối với khí H2 (~ 1 giây hoặc thấp hơn ở áp suất riêng phần 1 mbar H2) với độ chính xác cao (<5%), giới hạn phát hiện thấp hơn1ppm, và khả năng chống ẩm mạnh (<90%) và các loại khí nhiễu khác.Hiệu suất vượt trội của cảm biến của chúng tôi đặt nó trong số các cảm biến H2 quang học và điện nhanh nhất và nhạy nhất hiện nay.