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RÉSUMÉ
Les nanofils de palladium, à l’origine des détecteurs à hydrogène, sont obtenus par dépôt électrochimique contrôlé. Le palladium joue le rôle alors d’éponge à hydrogène. Sont explicités le principe de fabrication et la réponse à l’hydrogène pour deux types de capteurs, ainsi que le mécanisme de fonctionnement des faisceau de nanofils métalliques. Ces capteurs chimiques spécifiques sont plus précis, plus rapides et plus économiques que les capteurs actuels du marché. Avec une réponse exceptionnellement rapide, même à température ambiante et une excellente résistance aux gaz poisons usuels, les capteurs à base de faisceaux de nanofils de palladium se montrent très compétitifs face aux technologies actuelles de détection de l'hydrogène.
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INTRODUCTION
Des faisceaux de nanofils métalliques sont obtenus par dépôt électrochimique contrôlé. Ils sont à la base de dispositifs de détection de l'hydrogène. Ces capteurs chimiques spécifiques sont plus précis, plus rapides et plus économiques que les capteurs actuels du marché.
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Mécanisme de fonctionnement
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3. Réponse à l'hydrogène pour deux types de capteurs
Ces capteurs se sont montrés insensibles à un certain nombre de gaz purs d'usage courant : l'argon, l'hélium, l'azote, la vapeur d'eau ou l'oxygène. Par contre, une rapide et réversible augmentation de la quantité de courant à travers le circuit est observée en présence d'hydrogène (ou de deutérium). Cette évolution est en opposition totale avec ce qui est habituellement observé avec tous les capteurs résistifs à hydrogène existants. Avec les capteurs résistifs conventionnels à base de palladium, la présence d'hydrogène à l'état gazeux induit une augmentation de la résistance électrique d'un facteur 1,8 par rapport à celle du palladium pur. Cette augmentation s'explique par la conversion progressive du palladium en hydrure de palladium, PdHx (x passant de 0 à 0,7 sous une pression d'hydrogène de 1 atm à 25 oC).
De retour à une atmosphère sans hydrogène, la résistance de certains de nos capteurs revient à la valeur élevée initiale. Pour d'autres, elle atteint des valeurs trop importantes pour pouvoir être mesurées (> 10 MΩ). Ce point particulier permet de classer ces capteurs dans deux catégories distinctes : les capteurs résistifs qui restent conducteurs (bien que faiblement) en absence d'hydrogène et ceux qui se comportent comme de véritables interrupteurs à hydrogène en ouvrant le circuit électrique sous atmosphère normale. Les réponses caractéristiques de ces deux types de fonctionnement sont montrées sur les courbes de la figure 4. La perte de résistivité est corrélée à la concentration en hydrogène dans l'atmosphère de mesure. La limite de détection est de l'ordre de 0,5 % d'hydrogène dans l'azote.
La réponse du courant mesuré en fonction de la concentration en hydrogène donne une courbe sigmoïde jusqu'à 10 % d'hydrogène (figure 5).
Du fait des faibles diamètres des fils de palladium, les temps de réponse de ces capteurs ont été réduits d'au moins un ordre de grandeur en comparaison de ceux des capteurs conventionnels : un temps de réponse de 75 ms (de la ligne de base à 90 % du signal de saturation) a été mesuré à 4 % d'hydrogène dans l'air. Des temps variant de 20 à 50 ms ont été relevés pour des concentrations supérieures à 8 %...
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BIBLIOGRAPHIE
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(5) - NG (K.), ZACH (M.P.), PENNER (R.M.) - Molybdenum nanowires by electrodeposition. - Science. 290, 2120 (2000).
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- ...
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