Neuer Unterwasser-Wasserstoffsensor vorgestellt: Hochpräzise Echtzeitüberwachung für die industrielle Sicherheit
Kürzlich entwickelte das Forschungsteam von Hydrogen Sense Technology Co., Ltd. erfolgreich einen neuen Unterwassersensor für gelösten Wasserstoff und dessen Herstellungsverfahren. Damit wurden die technischen Herausforderungen herkömmlicher Wasserstoffsensoren überwunden, die anfällig für Beschädigungen sind und in schwach leitfähigen Medien nicht über längere Zeit stabil funktionieren. Dieser Unterwasser-Wasserstoffsensor bietet Vorteile wie eine einfache Struktur, hohe Empfindlichkeit und einen extrem niedrigen Stromverbrauch. Damit eignet er sich für eine Vielzahl industrieller Anwendungen, darunter Energie-, Petrochemie- und Halbleiterindustrie, und bietet eine zuverlässige Lösung für die Echtzeitüberwachung von gelöstem Wasserstoff in Wasser.
Erfindungspatent: Ein Unterwassersensor für gelösten Wasserstoff und sein Herstellungsverfahren
Technologische Innovation: Super-hydrophobe Beschichtung + Wheatstone-Brückenstruktur
Das Kerndesign des Unterwasser-Wasserstoffsensors weist die folgenden Highlights auf:
1. Flexibles Polyimid-(PI)-Substrat und duales wasserstoffempfindliches Chip-Design:
m Für die elektrische Integration wird die Flip-Chip-Bonding-Technologie verwendet, die eine hohe Präzision und Stabilität gewährleistet.
m Zwei wasserstoffsensitive Chips bilden eine Wheatstone-Brückenstruktur:
Ein Chip ist dem Wasser ausgesetzt, der andere Chip ist zur Kompensation durch die Umgebung in einer geschlossenen Kammer versiegelt, was die Messgenauigkeit deutlich verbessert.
2. Superhydrophobe Beschichtungstechnologie:
m Auf die Sensoroberfläche wird eine Verbundbeschichtung aus Nano-Aluminiumoxidpartikeln und Graphen aufgetragen:
Nano-Aluminiumoxid: Bietet mechanische Unterstützung und Isolierung.
Graphen: Nutzt seine superhydrophoben Eigenschaften, um Wasser effektiv zu isolieren, während Wasserstoffmoleküle ungehindert passieren können. Dadurch wird sichergestellt, dass der Unterwasser-Wasserstoffsensor auch in extremen Umgebungen zuverlässig funktioniert. Labordaten zeigen, dass der Unterwasser-Wasserstoffsensor die Konzentration von gelöstem Wasserstoff in Wasser (2 ppm bis 20.000 ppm) kontinuierlich mit hervorragender Wiederholbarkeit und Stabilität überwachen kann.
Die größten Schwachstellen der Branche: Keine Heizung erforderlich, geringer Stromverbrauch, Echtzeitüberwachung
Herkömmliche Wasserstoffsensoren sind auf Heizelemente angewiesen, um die Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten. Dies verbraucht nicht nur viel Strom, sondern neigt auch dazu, in schwach leitfähigen Medien aufgrund von Stromlecks zu versagen. Dieses neue Produkt macht durch sein Wheatstone-Brückendesign Heiz- und Temperaturmesskomponenten überflüssig und verfügt über einen Betriebsstrom von nur 1 mA, was den Stromverbrauch deutlich reduziert und es für den langfristigen Einsatz unter Wasser geeignet macht. Darüber hinaus verhindern Flip-Chip-Bonding-Technologie und Versiegelung effektiv Kurzschlussrisiken durch freiliegende Metallteile und gewährleisten Zuverlässigkeit unter komplexen Arbeitsbedingungen.
Breite Anwendungsaussichten, die intelligente Upgrades in der Industrie vorantreiben
Der Unterwasser-Wasserstoffsensor kann die Konzentration von gelöstem Wasserstoff in Medien wie Generatorkühlwasser und Transformatoröl in Echtzeit überwachen und so Sicherheitsrisiken wie Gerätealterung, Kurzschlüsse und sogar Explosionen durch Wasserstoffansammlungen verhindern. Derzeit verlässt sich die Branche stark auf Offline-Labortests, die zeitaufwändig sind und keine dynamische Datenverfolgung ermöglichen. Die Einführung dieses Produkts wird den Übergang der Branche von der periodischen Probenahme zur Echtzeitüberwachung vorantreiben und die intelligenten und sicherheitsorientierten Upgrades kritischer Bereiche wie Stromversorgungssysteme und petrochemische Anlagen unterstützen.
Das Forschungsteam gab an, dass diese Technologie in die Industrialisierungsphase eingetreten sei. Zukünftige Anstrengungen konzentrieren sich auf die Optimierung des Beschichtungsprozesses und die Ausweitung der Sensoranwendungen in aufstrebenden Bereichen wie Meeresforschung und Wasserstoffenergie. Angesichts der rasanten Entwicklung der globalen Wasserstoffenergiebranche dürfte diese innovative Errungenschaft zu einer wichtigen technologischen Säule für die Gewährleistung industrieller Sicherheit und effizienter Betriebsabläufe werden.