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最智能的传感器是什么?纳米传感器的种类

发布时间:2019-07-12 23:30

  当今科技的发展要求材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输等特性,为纳米科技和纳米材料的应用提供了广阔的空间。

  利用纳米技术制作的传感器,尺寸减小、精度提高、性能大大改善,纳米传感器是站在原子尺度上,从而极大地丰富了传感器的理论,推动了传感器的制作水平,拓宽了传感器的应用领域。纳米传感器现已在生物、化学、机械、航空、军事等领域获得广泛的发展。

  纳米是一个长度单位,1纳米是1米的10亿分之一,相当于一根头发直径的8万分之一。纳米科技是指在0.1~100纳米尺度上研究物质的特性、相互作用以及利用这种特性开发相关产品的一门科学技术。

  纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能,是利用电子的波动性来工作的。研究和开发纳米技术的目的,就是要实现对整个微观世界的有效控制。

  纳米传感器即是形状大小或者灵敏度达到纳米级,或者传感器与待检测物质或物体之间的相互作用距离是纳米级的。

  纳米技术传感器主要包括纳米化学和生物传感器、纳米气敏传感器和其他类型的纳米传感器(压力、温度和流量等)

  纳米技术引入化学和生物传感器领域后,提高了化学和生物传感器的检测性能,并促发了新型的化学和生物传感器。因为具有了亚微米的尺寸、换能器、探针或者纳米微系统,该种传感器的化学和物理性质和其对生物分子或者细胞的检测灵敏度大幅提高,检测的反应时间也得以缩短,并且可以实现高通量的实时检测分析。

  利用纳米材料制成极为灵敏的生物和化学传感器,可以对癌症、心血管疾病等进行早期诊断;利用碳纳米管和其他纳米微结构的化学传感器能够检测氨、氧化氮、过氧化氢、碳氢化合物、挥发性有机化合物以及其他气体,与具有相同功能的其他分析仪相比,它不仅尺寸要小而且价格也便宜。

  在纳米生物传感器中,按照材料的不同结构,有纳米颗粒、纳米线、多孔纳米结构和纳米光纤及纳米级微加工器件都获得了成功的应用。

  气敏传感器上和敏感气体接触的表面附着了一层纳米涂层作为敏感材料,用于改善传感器的灵敏度和性能。

  用零维的金属氧化物半导体纳米颗粒、碳纳米管及二维纳米薄膜等都可以作为敏感材料构成气敏传感器。

  纳米气敏传感器的研究中,主要方向之一是在气体环境中依靠敏感材料的电导发生变化来制作气敏传感器。在这些纳米敏感材料中加入贵重金属纳米颗粒(例如Pt和Pd) ,大大增强了选择性,提高了灵敏度,降低了工作温度。

  纳米气体传感器另一个主要方向是用多壁碳纳米管制作气敏传感器。碳纳米管独特的性质及制备工艺得到了广泛的研究,而多壁碳纳米管具有一定的吸附特性,由于吸附的气体分子与碳纳米管发生相互作用,改变其费米能级引起其宏观电阻发生较大改变,通过检测其电阻变化来检测气体成分,可用作气敏传感器。

  (1)电阻应变式纳米压力传感器,这种电阻应变式纳米膜压力传感器,测量精度和灵敏度高、体积小、重量轻、安装维护方便,可稳定和可靠的测量压力参数。

  (3)在光纤传感器基础上发展起来的纳米光纤生物传感器,不但具有光纤传感器的优点,而且由于这种传感器的尺寸只取决于探针的大小,大大减小了测微传感器的体积,响应时间大大缩短,满足了测量要求实现的微创实时动态测量。



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