【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，大連化物所化學傳感器研究組(106組)馮亮研究員團隊與大連海事大學輪機工程學院徐敏義教授團隊合作，在氨能船舶的氨泄漏監(jiān)測方面取得新進展。合作團隊提出了一套完整的無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(TENG)的發(fā)電系統(tǒng)、基于碳納米管摻雜的聚吡咯(CNTs-PPy)的氨檢測系統(tǒng)，以及信號采集傳輸系統(tǒng)等。
 

　　近年來，液氨作為一種船用燃料，因為其零碳、儲存安全和高能量密度的特點，得到了越來越多的研究人員和航運業(yè)從業(yè)人員的關(guān)注，并且未來有望成為最重要的船舶能源之一。然而，氨氣是一種常見的有毒氣體，會刺激人的黏膜和呼吸系統(tǒng)，長期接觸過量的氨氣會導致氨中毒，在狹窄的機艙內(nèi)，氨氣泄漏會嚴重危害船員的生理健康。因此，針對長途海上航行，開發(fā)一種實時準確監(jiān)測氨氣濃度的方法至關(guān)重要。
 

　　本工作中，研究人員制備了一種基于碳納米管摻雜的聚吡咯氨氣檢測系統(tǒng)。碳納米管與導電聚合物具備的協(xié)同效應(yīng)，可以提高電子傳導效率，進而顯著增強室溫下的傳感性能。基于該材料的傳感器表現(xiàn)出了檢測限低(0.2ppm)、響應(yīng)時間短(約90s)、選擇性高、穩(wěn)定性好、成本低、可使用性強等特點，可充分滿足所需要的傳感性能。該傳感器通過與低功耗藍牙模塊的組合，實現(xiàn)了從檢測模塊到計算機終端的快速無線通訊；再通過與海事大學提供的蜂窩結(jié)構(gòu)摩擦納米發(fā)電機相結(jié)合，收集了船舶發(fā)動機振動產(chǎn)生的機械能，并將其轉(zhuǎn)化為電能，成功實現(xiàn)了整個傳感系統(tǒng)的自驅(qū)動。隨后，該設(shè)備在大連海事大學提供的遠航科考船上進行了實地測試：在高溫高濕度的底層機艙中，整個傳感系統(tǒng)保持了正常運作，充分證實了其在實際應(yīng)用中的潛力。該自供電無線檢測系統(tǒng)可為遠洋航行中的氨泄漏行為進行長期免維護監(jiān)測，為氨能的進一步應(yīng)用推廣發(fā)揮了重要作用。
 

　　馮亮團隊長期致力于傳感器敏感膜的表界面調(diào)控及分析物分子的高效捕獲研究，在以電信號輸出為主的快速檢測方面進行了深入探究：通過模板法構(gòu)筑雙介孔結(jié)構(gòu)，以及蠕蟲狀導電聚合物孔道，提高了半導體膜對氣體分子的捕捉效率，實現(xiàn)了室溫下氨氣高速靈敏檢測(Adv. Funct. Mater.，2020；ACS Appl. Mater. Interfaces，2020)；通過在柔性基底表面構(gòu)筑半導體膜材料，實現(xiàn)氨氣與苯胺的雙通道檢測(Nano Energy，2021)；通過調(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.，2020)。
 

　　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。該工作的共同第一作者是我所106組博士畢業(yè)生常俊玉、大連海事大學博士研究生朱傳慶和我所106組博士研究生王振名。上述工作得到了所創(chuàng)新基金等項目的支持。(文/圖 王振名)