Des nano-objets semi-conducteurs pour détecter les fuites d’hydrogène

L’hydrogène gazeux est souvent considéré comme une source d’énergie du futur. Néanmoins, ce combustible hautement inflammable est également difficile à détecter. Une équipe de chercheurs indiens a développé un nanomatériau capable de détecter l'hydrogène gazeux avec une plus grande précision.

En plus de présenter un large intervalle d’explosivité (compris entre 4 et 77 %), l’hydrogène gazeux a pour caractéristique d’être extrêmement inflammable. En effet, son énergie minimale d’inflammation est de seulement 20 µJ dans l’air, ce qui correspond à une simple décharge électrostatique d’origine humaine ! Pire encore, en présence d’oxygène pur cette énergie minimale tombe à 3 µJ. Si l’on ajoute à cela son caractère inodore et incolore, autant dire que la conception de capteurs d’hydrogène performants est une question de première importance.

Les capteurs résistifs basés sur des MOx

Les détecteurs d’hydrogène peuvent incorporer différentes technologies : les capteurs optiques, électrochimiques, acoustiques, électriques, etc., chacune présentant des avantages et des inconvénients. Le choix du bon détecteur d’hydrogène est ainsi très complexe et dépend du contexte d’utilisation et du niveau de développement de la technologie de détection.

Dans cette grande famille, les capteurs résistifs ont plusieurs avantages, ils sont peu coûteux, assez sensibles et simples à concevoir. Leur fonctionnement est le suivant : la résistance électrique de certains matériaux change au contact de gaz spécifiques. Parmi les nombreux matériaux utilisables pour la détection d’hydrogène, les oxydes métalliques semi-conducteurs (MOx) comme le ZnO intéressent particulièrement les chercheurs depuis plusieurs années.

Un matériau qui facilite la diffusion de H2

Sa sensibilité à l’hydrogène fait du ZnO un bon candidat pour la conception des capteurs résistifs. Néanmoins, d’après une équipe de chercheurs de l’IIT Hyderabad et l’IIT Jodhpur cette sensibilité peut encore être grandement améliorée. Ainsi, en déposant des nanoparticules d’oxyde de zinc sur des nano fibres de carbone, les chercheurs ont mesuré un taux de détection autour de 74 % contre environ 44 % dans le cas de nanoparticules de ZnO pures.

Pourquoi un tel bond de détection ? Les chercheurs attribuent cette amélioration à la très forte porosité de la structure formée par les nano fibres de carbone qui est favorable à la diffusion de l’hydrogène gazeux jusqu’aux nanoparticules de ZnO.

Par ailleurs, selon le Docteur Mahesh Kumar, la présence d’oxygène à la surface des nano fibres de carbone serait également un facteur d’amélioration de la sensibilité.