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- 大連化物所等制備出無(wú)線自供電氨泄漏傳感器
- 來(lái)源：大連化學(xué)物理研究所 發(fā)表于 2022/11/7
近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所化學(xué)傳感器研究組研究員馮亮團(tuán)隊(duì)與大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院教授徐敏義團(tuán)隊(duì)合作，在氨能船舶的氨泄漏監(jiān)測(cè)方面取得新進(jìn)展。合作團(tuán)隊(duì)提出了一套完整的無(wú)線傳輸自供電傳感系統(tǒng)，包括基于蜂窩狀摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）的發(fā)電系統(tǒng)、基于碳納米管摻雜的聚吡咯（CNTs-PPy）的氨檢測(cè)系統(tǒng)，以及信號(hào)采集傳輸系統(tǒng)等。
近年來(lái)，液氨作為一種船用燃料，具有零碳、儲(chǔ)存安全和高能量密度的特點(diǎn)，得到了越來(lái)越多的研究人員和航運(yùn)業(yè)從業(yè)人員的關(guān)注，未來(lái)有望成為重要的船舶能源之一。然而，氨氣是一種常見(jiàn)的有毒氣體，會(huì)刺激人的黏膜和呼吸系統(tǒng)，長(zhǎng)期接觸過(guò)量的氨氣會(huì)導(dǎo)致氨中毒，在狹窄的機(jī)艙內(nèi)，氨氣泄漏會(huì)嚴(yán)重危害船員的生理健康。因此，針對(duì)長(zhǎng)途海上航行，開(kāi)發(fā)出一種實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)氨氣濃度的方法至關(guān)重要。
本工作中，科研人員制備了一種基于碳納米管摻雜的聚吡咯氨氣檢測(cè)系統(tǒng)。碳納米管與導(dǎo)電聚合物具備的協(xié)同效應(yīng)，可以提高電子傳導(dǎo)效率，進(jìn)而顯著增強(qiáng)室溫下的傳感性能。基于該材料的傳感器表現(xiàn)出檢測(cè)限低（0.2ppm）、響應(yīng)時(shí)間短（約90s）、選擇性高、穩(wěn)定性好、成本低、可使用性強(qiáng)等特點(diǎn)，可充分滿(mǎn)足所需要的傳感性能。該傳感器通過(guò)與低功耗藍(lán)牙模塊的組合，實(shí)現(xiàn)了從檢測(cè)模塊到計(jì)算機(jī)終端的快速無(wú)線通訊；再通過(guò)與海事大學(xué)提供的蜂窩結(jié)構(gòu)摩擦納米發(fā)電機(jī)相結(jié)合，收集了船舶發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能，并將其轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)傳感系統(tǒng)的自驅(qū)動(dòng)。隨后，該設(shè)備在大連海事大學(xué)提供的遠(yuǎn)航科考船上進(jìn)行實(shí)地測(cè)試：在高溫高濕度的底層機(jī)艙中，整個(gè)傳感系統(tǒng)保持正常運(yùn)作，充分證實(shí)了其在實(shí)際應(yīng)用中的潛力。該自供電無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)可為遠(yuǎn)洋航行中的氨泄漏行為進(jìn)行長(zhǎng)期免維護(hù)監(jiān)測(cè)，為氨能的進(jìn)一步應(yīng)用推廣發(fā)揮了重要作用。
馮亮團(tuán)隊(duì)致力于傳感器敏感膜的表界面調(diào)控及分析物分子的捕獲研究，在以電信號(hào)輸出為主的快速檢測(cè)方面進(jìn)行了深入研究：通過(guò)模板法構(gòu)筑雙介孔結(jié)構(gòu)，以及蠕蟲(chóng)狀導(dǎo)電聚合物孔道，提高了半導(dǎo)體膜對(duì)氣體分子的捕捉效率，實(shí)現(xiàn)了室溫下氨氣高速靈敏檢測(cè)（Adv. Funct. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces）；在柔性基底表面構(gòu)筑半導(dǎo)體膜材料，實(shí)現(xiàn)氨氣與苯胺的雙通道檢測(cè)（Nano Energy）；調(diào)節(jié)水凝膠體系的超分子作用力，研發(fā)了一種新型超分子水凝膠基氣體傳感器（ACS Sens.）。
相關(guān)研究成果以A Full-set and Self-powered Ammonia Leakage Monitor System based on CNTs-PPy and Triboelectric Nanogenerator for Zero-carbon Vessels為題，發(fā)表在《納米能源》（Nano Energy）上。研究工作得到大連化物所創(chuàng)新基金等的支持。
大連化物所等制備出無(wú)線自供電氨泄漏傳感器用于氨能船舶
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