近日，我校机械与动力工程学院轩福贞教授团队在高性能MEMS氢气（H2）传感器领域取得重要进展。相关研究成果以“Interfacial stress decoupling enables stable palladium-based hydrogensensing” 为题，在线发表于国际知名学术期刊Nature Communications上。该研究通过引入双硫醇自组装单分子层（SAM）界面工程，提出了一种新型悬浮结构氢气传感器架构设计，为实现高可靠性、高灵敏度的室温氢气检测提供了全新解决方案。
氢气作为清洁能源的重要组成部分，在能源、化工和交通等领域具有广泛应用前景。然而，氢气分子体积小、扩散快、易燃易爆，对传感器的灵敏度、稳定性和耐久性提出了极高要求。金属钯（Pd）因其对氢气具有优异的选择性，被广泛用作氢气敏感材料，然而当前Pd基氢气传感器制造仍面临关键瓶颈：Pd敏感层与基底存在固有晶格失配，易产生局部应力；同时，Pd在反复吸放氢过程中会加剧应力累积，最终导致敏感层剥离和传感性能衰减，严重制约其长期可靠运行。
针对这一关键问题，研究团队创新性地提出了一种界面植入双硫醇SAM的应力去耦策略，构筑垂直堆叠的悬浮结构Pd基氢气传感器架构。在该设计中，双硫醇SAM被引入至Pd敏感层与Au电极之间，既作为高效的电子传输界面，又充当柔性的力学缓冲层，可有效缓解晶格失配引发的局部应力，同时抑制基底钳制效应，从而显著改善Pd 层的力学稳定性并加速H2吸收动力学。实验结果表明，该传感器在性能上表现突出：不仅可在室温下实现最低1 ppm的氢气检测限，还能稳定地检测高达4 vol%的氢气浓度，并且在循环测试中保持优异的稳定性与重复性。
此外，研究团队进一步实现了该悬浮结构氢气传感器从实验室原型向晶圆级器件制造的平稳转化，验证了其良好的工艺兼容性与规模化制备潜力。基于标准微纳加工工艺，传感器可在4寸晶圆上实现一致性制备，并成功集成至便携式检测平台，用于氢气泄漏的实时监测与预警。这一成果表明，所提出的SAM界面应力工程方法不仅在基础研究层面具有重要意义，也在工程应用层面具备明确可行性。该方法突破了传统Pd基氢气传感器在高浓度和长时间工作条件下易失效的稳定性瓶颈，为构建高性能、高可靠、可规模化生产的分子与气体传感器提供了通用设计思路，有望推动氢气传感技术向规模化、实用化和系统化方向加速发展。
该论文以华东理工大学为唯一通讯单位，第一作者为我校已毕业硕士研究生高瑞，通讯作者为机械与动力工程学院轩福贞教授和张国柱副教授。研究工作得到了国家自然科学基金创新群体、国家自然科学基金等项目的支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69499-6
