The development of low-cost and high performing hydrogen gas sensors is important across many sectors, including mining, energy and defense using hydrogen (H2) gas. Herein, we demonstrate a new concept of H2 sensors based on Pd/Cr nanogaps created by using a simple mechanical bending deformation technique. These nanogap sensors can selectively detect the H2 gas based on transduction of the volume expansion after H2 uptake into an electrical signal by palladium-based metal-hydrides that allows closure of nanogaps for electrons flowing or tunneling. While this break-junction architecture, according to literature, can provide several advantages with research gaps in terms of fabricating nanogap sensors with ultra-fast response (≤4 s), the size of nanogap (≤20 nm) and their relationship with time response and recovery as addressed in this paper. Based on the computational modelling outcome, the size of the nanogaps can be investigated in order to optimize the fabrication conditions. Indeed, a single nanogap with optimum width (15 nm) acts as an on-off switch for best performing hydrogen detection. Moreover, with the unique design of Pd/Cr nanogap, the developed sensing device meets major requirement of advanced H2 gas sensor including room temperature (25 °C) operation, detection of trace amounts (10-40,000 ppm), good linearity, ultra-fast response-recovery time (3/4.5 s) and high selectivity. The presented economical lithography-free fabrication method has simple circuitry, low power consumption, recyclability, and favorable aging properties that promises great potential to be used for many practical applications of H2 detection.

中文翻译：

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基于单步弯曲变形制备的Pd/Cr纳米间隙的快速响应氢气传感器

开发低成本和高性能的氢气传感器在许多领域都很重要，包括采矿、能源和使用氢气 (H2) 气体的国防。在此，我们展示了一种基于 Pd/Cr 纳米间隙的 H2 传感器的新概念，该间隙是通过使用简单的机械弯曲变形技术创建的。这些纳米间隙传感器可以基于钯基金属氢化物将 H2 吸收后的体积膨胀转换为电信号来选择性地检测 H2 气体，从而允许关闭纳米间隙以实现电子流动或隧穿。虽然根据文献，这种断裂结结构在制造具有超快响应（≤4 s）的纳米间隙传感器、纳米间隙尺寸（≤20 nm）及其与时间响应的关系方面具有研究空白和恢复如本文所述。根据计算建模结果，可以研究纳米间隙的大小以优化制造条件。事实上，具有最佳宽度 (15 nm) 的单个纳米间隙充当最佳执行氢检测的开关。此外，凭借 Pd/Cr 纳米间隙的独特设计，开发的传感装置满足先进 H2 气体传感器的主要要求，包括室温 (25 °C) 操作、痕量检测 (10-40,000 ppm)、良好的线性、超快速响应-恢复时间（3/4.5 s）和高选择性。所提出的经济的无光刻制造方法具有电路简单、功耗低、可回收和良好的老化特性，有望用于 H2 检测的许多实际应用。可以研究纳米间隙的尺寸以优化制造条件。事实上，具有最佳宽度 (15 nm) 的单个纳米间隙充当最佳执行氢检测的开关。此外，凭借 Pd/Cr 纳米间隙的独特设计，开发的传感装置满足先进 H2 气体传感器的主要要求，包括室温 (25 °C) 操作、痕量检测 (10-40,000 ppm)、良好的线性、超快速响应-恢复时间（3/4.5 s）和高选择性。所提出的经济无光刻制造方法具有电路简单、功耗低、可回收和良好的老化特性，有望用于 H2 检测的许多实际应用。可以研究纳米间隙的尺寸以优化制造条件。事实上，具有最佳宽度 (15 nm) 的单个纳米间隙充当最佳执行氢检测的开关。此外，凭借 Pd/Cr 纳米间隙的独特设计，开发的传感装置满足先进 H2 气体传感器的主要要求，包括室温 (25 °C) 操作、痕量检测 (10-40,000 ppm)、良好的线性、超快速响应-恢复时间（3/4.5 s）和高选择性。所提出的经济的无光刻制造方法具有电路简单、功耗低、可回收和良好的老化特性，有望用于 H2 检测的许多实际应用。具有最佳宽度 (15 nm) 的单个纳米间隙充当开关以实现最佳的氢检测性能。此外，凭借 Pd/Cr 纳米间隙的独特设计，开发的传感装置满足先进 H2 气体传感器的主要要求，包括室温 (25 °C) 操作、痕量检测 (10-40,000 ppm)、良好的线性、超快速响应-恢复时间（3/4.5 s）和高选择性。所提出的经济无光刻制造方法具有电路简单、功耗低、可回收和良好的老化特性，有望用于 H2 检测的许多实际应用。具有最佳宽度 (15 nm) 的单个纳米间隙充当开关以实现最佳的氢检测性能。此外，凭借 Pd/Cr 纳米间隙的独特设计，开发的传感装置满足先进 H2 气体传感器的主要要求，包括室温 (25 °C) 操作、痕量检测 (10-40,000 ppm)、良好的线性、超快速响应-恢复时间（3/4.5 s）和高选择性。所提出的经济无光刻制造方法具有电路简单、功耗低、可回收和良好的老化特性，有望用于 H2 检测的许多实际应用。开发的传感装置满足先进 H2 气体传感器的主要要求，包括室温 (25 °C) 操作、痕量检测 (10-40,000 ppm)、良好的线性、超快的响应恢复时间 (3/4.5 s) 和高选择性。所提出的经济无光刻制造方法具有电路简单、功耗低、可回收和良好的老化特性，有望用于 H2 检测的许多实际应用。开发的传感装置满足先进 H2 气体传感器的主要要求，包括室温 (25 °C) 操作、痕量检测 (10-40,000 ppm)、良好的线性、超快的响应恢复时间 (3/4.5 秒) 和高选择性。所提出的经济无光刻制造方法具有电路简单、功耗低、可回收和良好的老化特性，有望用于 H2 检测的许多实际应用。