亚秒级超快响应的声表面波氢探测技术参加智汇行动-概念验证创新大赛路演
2023年1月12日，声学所超声学实验室研究员王文团队研发的亚秒级超快响应的声表面波氢探测技术参加了智汇行动-概念验证创新大赛路演活动。该活动由中关村科学城管理委员会和中科院科技创新发展中心共同组织，声学所、植物研究所、理化技术研究所、大气物理研究所等单位的6个项目参加路演展示，并接受了评委的打分评议，获得现场评分第一名的成绩。与会的专家评委一致对这个技术表现了浓厚的兴趣，并肯定了项目的产业化前景。
亚秒级超快响应的声表面波氢探测技术重点解决了声表面波氢敏芯片一致性可控制造技术、高稳定性信号采集与处理技术以及高可靠性系统集成技术，完成了具备工程应用能力的探测器系统样机研制（图1），2022年度该技术再获突破。
氢能（H2）作为一种绿色能源，具有高于标准燃油3倍的能量密度，同时可实现二氧化碳的零排放，已广泛应用于燃料电池、核电站、航空航天、化学化工等众多领域。 但氢气具有极低的点火能（~0.017mJ）、宽燃烧范围（4~75 v/v%）以及高燃烧值，其易燃易爆的特点需要对其进行实时准确探测预警。然而氢泄漏本质上属于分子的快速扩散行为，因此对于氢探测的传感器性能要求极为苛刻，需具备超快的响应以及恢复速度(<1s)、宽量程（0.01~10%或者1~100%）、抗交叉干扰能力强（CO、NO、H2S、NH3等）、高灵敏度、高防爆等级、低功耗及稳定可靠的氢探测能力。现役的电化学、半导体及光学氢探测技术在上述等方面仍存在不同程度的难题，难以满足实际应用需求。
王文团队自2015年起，在基础研究项目支持下，针对航天领域液/固氢燃料发动机等的安防需求，创新性开展了基于声表面波的氢探测机理与应用研究，将微尺度声表面波器件技术与钯基复合氢敏薄膜技术相结合，突破了钯基材料响应与制备方法、声表面波氢敏机理模型构建、声表面波氢敏芯片优化设计与可控制造等关键技术，成功研制出新型高性能声表面波氢传感器件及系统样机，实现了低功耗条件下亚秒级的超快响应速度和ppm级的高灵敏度，相关指标处于国际领先水平。该技术在氢燃料电池及核电等领域也极具应用前景。
该项工作已经在领域内Top期刊发表论文多篇，申请发明专利6项（授权2项），相关成果已经在科技日报进行专题报道。
图1 声学所所研制的声表面波氢传感器件与系统样机及第三方测试结果
相关论文与发明专利：
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Wen Wang*, Xueli Liu, Shenchao Mei, Yana Jia, Mengwei Liu, Xufeng Xue, Dachi Yang*, “Development of A Pd/Cu Nanowires Coated SAW Hydrogen Gas Sensor with Fast Response and Recovery”, Sensors and Actuator B, 2019, 287, 157-164
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Wang Wen*, Liu Xueli, Mei Shengchao, Liu Mengwei, Lu Chao, Lu Minghui, “Development of a high stability Pd-Ni alloy thin-film coated SAW device for sensing hydrogen”, Sensors, 2019, 19,3560
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Xinyu Wang, Lina Cheng, Shoupei Zhai, Wen Wang*, Yong Liang, Yufeng Zhang, Dachi Yang, Qiang Chen, Gang Lei, “Enhanced sensitivity of Pd/Ni nanowire film coated SAW hydrogen sensor with super-fast response”, Sensors and Actuators B-Chem., 351(2022) 130952
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Cui Baile, Jing Jin*, Lina Cheng, Xufeng Xue, Yong Liang, Wen Wang*, Enhanced response speed of SAW based hydrogen sensor employing a micro heater, Int. J. Hydrogen Energ., 2022, Accept
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发明专利：一种基于钯镍合金薄膜的声表面波氢气传感器，申请号：201710646178.7
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发明专利：一种用于声表面波气体传感器的差分鉴相电路系统，202010642486.4
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发明专利：一种声表面波传感器和设备，202010652892.9
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发明专利：一种具有局部表面超高温度均匀性的微加热器，202111550625.1
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发明专利：一种利用气敏薄膜加热的声表面波气体传感器，202210338245X
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发明专利：一种采用多层薄膜介质的声表面波气体传感器，202210338243.0
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