日本產業技術綜合研究所(AIST)開發了一項能讓氫氣可視化的感測薄膜。薄膜表面塗佈金屬錯體與觸媒,當與氫氣接觸時會發生還原反應,促使材料發生顏色變化,薄膜即由藍色脫色為透明狀態,進而實現氫氣的可視化偵測。此項技術可望應用於氫氣管線與相關基礎設施之洩漏監測。
AIST將普魯士藍系(Prussian Blue)金屬錯體與觸媒粒子分散於油墨中,並塗佈於薄膜表面形成感測層。當氫氣引發還原反應時,錯體中金屬離子的價態發生變化,進而造成吸收波長改變,促使薄膜在接觸氫氣的位置呈現由藍色逐漸轉為透明的視覺變化,如同被「漂白」般清晰可辨。
薄膜在經過氫氣還原脫色後,若暴露於空氣中,會因接觸氧氣而發生氧化反應,顏色可恢復為原本的藍色狀態,因此具備可逆反應特性與重複使用性。研究結果顯示,薄膜在製造後,功能性可穩定維持至少5年以上。
在應用方面,可利用攝影機拍攝變色區域進行遠端監測,或直接將薄膜貼附於疑似洩漏的管線與設備上,以快速定位氫氣洩漏點。由於不同應用場景在監測期間、環境條件(溫濕度、氣氛組成)等方面存有差異,因此須針對實際使用條件進行材料與結構的最適化設計。
由於此項技術基於簡單的化學反應機制,對基材種類限制低,薄膜形式具有高度彈性,可製作為貼紙、膠帶、塗佈材料、機能性油墨等多種型態;即使僅為塗膜層本身亦可發揮感測功能,或可直接塗佈於密封構件或結構部材表面作為氫氣洩漏顯示層,具有高度系統整合潛力。
此外,新技術亦可擴展應用於其他還原性氣體的檢測。例如在接觸一氧化碳時會呈現棕色變化,因此在水蒸氣重整反應等製程中,不僅可進行洩漏偵測,亦可輔助判別洩漏氣體的種類。今後AIST研究方向將朝向多色變化設計、形態顯示多樣化及感測選項擴充,以提升多氣體識別與場域應用能力。