Sekelompok fisikawan dari VU Amsterdam, TU Eindhoven Belanda dan Chalmers University of Technology dari Swedia, yang dipimpin oleh fisikawan dari VU, Andrea Baldi, berhasil mengembangkan sensor hidrogen optik baru yang sangat sensitif.
Penelitian mereka diterbitkan di Nature Communications. Para peneliti berhasil mengembangkan sensor hidrogen optik yang dapat mendeteksi gas hidrogen pada konsentrasi bagian per miliar (ppb) untuk pertama kalinya.
Ferry Nugroho dari VU Amsterdam mengatakan: “Ini penting, karena sensor hidrogen digunakan dalam banyak aplikasi, mulai dari industri kimia, diagnostik, makanan, dan di bidang keselamatan yang meningkat karena munculnya kendaraan bertenaga hidrogen. Untuk yang terakhir, keselamatan adalah masalah utama karena hidrogen mudah terbakar pada konsentrasi tertentu.” urainya.
Sampai hari ini, sensor listrik adalah yang paling umum berkat sensitivitasnya yang tinggi (mereka dapat mencapai konsentrasi ppb) tetapi mereka melibatkan penggunaan arus listrik yang dapat menyebabkan percikan api.
Sebaliknya, sensor optik secara inheren aman karena tidak memerlukan komponen listrik apa pun yang dekat dengan area pengukuran. Selain itu, sensor hidrogen optik telah berkembang pesat dan sekarang memiliki kinerja yang sama, jika tidak lebih tinggi, dalam hal kecepatan dan miniaturisasi, daripada yang listrik. Terlepas dari keunggulan ini, detektor hidrogen optik masih kurang dalam satu aspek, yaitu sensitivitas.”
Nanopartikel
Hingga saat ini, tidak ada sensor hidrogen optik yang memiliki batas deteksi dalam rentang ppb. Situasi ini biasanya disebabkan oleh bahan aktif yang digunakan, biasanya terdiri dari paduan paladium (Pd) atau paladium. Ketika digunakan sebagai sensor hidrogen plasmonik, paladium menghasilkan spektrum optik yang luas, yang kemudian menimbulkan sinyal dengan kebisingan tinggi, dan dengan demikian resolusi terbatas untuk mendeteksi konsentrasi rendah.
Dalam makalah baru ini, para peneliti mengatasi masalah mendasar ini dengan merancang sampel yang terdiri dari susunan periodik nanopartikel Pd yang mendukung apa yang disebut resonansi kisi permukaan, resonansi optik dengan spektrum yang sangat sempit dan karenanya sensitivitasnya sangat tinggi.
Desain Inverse
Untuk menemukan array dengan sensitivitas tertinggi, para peneliti menggunakan pendekatan kecerdasan buatan yang disebut optimasi kawanan partikel.
Algoritma ini memungkinkan untuk mengoptimalkan struktur susunan nanopartikel sedemikian rupa untuk mendapatkan respons optik terkuat di bawah paparan hidrogen.
Dipandu oleh hasil AI, mereka membuat array dan mendemonstrasikan sensor optik pertama untuk mendeteksi hidrogen dalam rentang ppb (250 ppb), yang setidaknya 8 kali lebih sensitif daripada yang canggih.
Metode ini memiliki penerapan umum dan dapat dikombinasikan dengan strategi pengoptimalan lain yang bertujuan untuk meningkatkan indikator kinerja sensor lain, seperti kecepatan deteksi (menggunakan bahan dan paduan lain) dan selektivitas (dengan lapisan polimer optimal yang bertindak sebagai pelapis).
source original: vu.nl
image: its.ac.id
