一篇文章看懂納米傳感器所有“貓膩”

　　納米氣敏傳感器

　　氣敏傳感器上和敏感氣體接觸的表面附著了一層納米涂層作為敏感材料，用于改善傳感器的靈敏度和性能。

　　用零維的金屬氧化物半導(dǎo)體納米顆粒、碳納米管及二維納米薄膜等都可以作為敏感材料構(gòu)成氣敏傳感器。

　　納米氣敏傳感器的研究中，主要方向之一是在氣體環(huán)境中依靠敏感材料的電導(dǎo)發(fā)生變化來制作氣敏傳感器。在這些納米敏感材料中加入貴重金屬納米顆粒(例如Pt和Pd) ，大大增強(qiáng)了選擇性，提高了靈敏度，降低了工作溫度。

　　納米氣體傳感器另一個(gè)主要方向是用多壁碳納米管制作氣敏傳感器。碳納米管獨(dú)特的性質(zhì)及制備工藝得到了廣泛的研究，而多壁碳納米管具有一定的吸附特性，由于吸附的氣體分子與碳納米管發(fā)生相互作用，改變其費(fèi)米能級(jí)引起其宏觀電阻發(fā)生較大改變，通過檢測(cè)其電阻變化來檢測(cè)氣體成分，可用作氣敏傳感器。

　　其他類型納米傳感器

　　(1)電阻應(yīng)變式納米壓力傳感器，這種電阻應(yīng)變式納米膜壓力傳感器，測(cè)量精度和靈敏度高、體積小、重量輕、安裝維護(hù)方便，可穩(wěn)定和可靠的測(cè)量壓力參數(shù)。

　　(2)利用一些納米材料的巨磁阻效應(yīng)，已經(jīng)研制出了各種納米磁敏傳感器

　　(3)在光纖傳感器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的納米光纖生物傳感器，不但具有光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)，而且由于這種傳感器的尺寸只取決于探針的大小，大大減小了測(cè)微傳感器的體積，響應(yīng)時(shí)間大大縮短，滿足了測(cè)量要求實(shí)現(xiàn)的微創(chuàng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量。

　　納米傳感器的特點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)的傳感器相比，納米傳感器由于可以在原子和分子尺度上進(jìn)行操作，充分利用了納米材料的反應(yīng)活性、拉曼光譜效應(yīng)、催化效率、導(dǎo)電性、強(qiáng)度、硬度、韌性、超強(qiáng)可塑性和超順磁性等特有性質(zhì)，因而具有許多顯著特點(diǎn)：

　　靈敏度高。

　　用于探測(cè)有毒氣體的碳納米管傳感器，利用納米晶或多孔納米材料可以增加與毒性氣體分子接觸的表面積，其靈敏度可以增加幾倍。若利用氧化錫、氧化銻、氧化鋅的納米顆粒做成傳感器，靈敏度也將大為提高。 研究人員運(yùn)用碳納米管與納米薄膜技術(shù)，研制出具有高靈敏度、高穩(wěn)定性的柔性可穿戴仿生觸覺傳感器——人造仿生電子皮膚，可對(duì)人體不同生理狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)和疾病前期診斷。

　　功耗小。

　　隨著微機(jī)電技術(shù)和微納材料技術(shù)的發(fā)展，使得納米傳感器向著超微型化、智能化方向迅速發(fā)展，納米級(jí)機(jī)器人傳感器已經(jīng)可以通過血液注入的方式進(jìn)入人體，對(duì)人體的生理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并有望對(duì)于癌變細(xì)胞、致病基因進(jìn)行靶向精確治療。與傳統(tǒng)傳感器相比，納米傳感器還可具有自供電能力、從環(huán)境中收集光輻射和電磁輻射能量的能力。

　　成本低。

　　隨著納米材料制備技術(shù)的成熟，制造過程的可重復(fù)性和批量化生產(chǎn)已不存在太大的問題，納米傳感器的制造成本亦可以大大降低。低成本、小微型化節(jié)點(diǎn)的納米傳感器進(jìn)行大量布撒，可以形成無線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)，這一優(yōu)勢(shì)可以使納米傳感器的探測(cè)能力大大擴(kuò)展，為氣候監(jiān)測(cè)與環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域帶來革命性的變化。

　　多功能集成。

　　傳統(tǒng)的傳感器一般為具有單一功能的傳感器，納米傳感器則可以將成千上萬的具有不同功能的納米傳感器組成的陣列加工在一個(gè)小微型化芯片上，使其具有多功能探測(cè)與分析能力，并具有越來越強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)與分析的能力，若與互聯(lián)網(wǎng)相連接，還將具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理的能力。其“傻瓜化”特征使其操作十分簡便。

　　納米傳感器的這些特點(diǎn)將使其在構(gòu)建各類物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程中擁有可觀的發(fā)展前景和巨大的應(yīng)用潛力，納米傳感器技術(shù)也有望成為推動(dòng)世界范圍內(nèi)新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)革命和軍事革命的“顛覆性”技術(shù)。

　　納米傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域

　　1、在醫(yī)療、生物領(lǐng)域的應(yīng)用

　　利用納米技術(shù)制成的傳感器，可用于疾病的早期診斷、監(jiān)測(cè)和治療，使各種癌癥的早期診斷成為顯示。目前，美國科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了對(duì)前列腺癌、直腸癌等多種癌癥的早期診斷。納米傳感器靈敏度很高，在進(jìn)行血液檢測(cè)時(shí)，當(dāng)傳感器中預(yù)置的某總癌細(xì)胞抗體遇到相應(yīng)的抗原時(shí)，傳感器中的電流會(huì)發(fā)生變化，通過這種電流變化可以判斷血液中癌細(xì)胞的種類和濃度。據(jù)專家預(yù)測(cè)，今后可能有多種納米傳感器集成在一起被植入人體，以用來早期檢測(cè)各種疾病。

　　2、在微電子及信息技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

　　在此應(yīng)用領(lǐng)域，研究集中在導(dǎo)電聚合物在信息技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用、納米電子元器件FET二極管、用于感應(yīng)器的電子序列、納米傳感器等。如微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)是建立在微米/納米技術(shù)基礎(chǔ)上的21世紀(jì)前沿技術(shù)，是對(duì)微米/納米材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、制造、測(cè)量和控制的技術(shù)，其應(yīng)用研究主要是將所研究的成果，如微型傳感器投入實(shí)用，逐步由微型向納米型發(fā)展。

　　3、在國防科技上的應(yīng)用

　　納米氣體傳感器在國防科技上，將其用于地面，空間，飛機(jī)，潛艇的內(nèi)艙，以及各種軍用車輛駕駛室中檢測(cè)有害氣體、有毒氣體等，必將更加方便、快捷、靈敏，如美國已經(jīng)研制出納米軍裝，軍裝中的納米傳感器可以感應(yīng)空氣中生化指標(biāo)的變化，當(dāng)有害氣體或物質(zhì)指標(biāo)突然升高時(shí)，軍裝會(huì)立即將頭盔和其它通氣部分的透氣口關(guān)閉，并釋放生化武器的解毒劑，起到預(yù)防效果。此外嵌在軍裝中的納米生化感應(yīng)裝置可以監(jiān)視士兵的心率、血壓、體內(nèi)及體表溫度等多項(xiàng)重要指標(biāo)，以及辨識(shí)體表流血部位，并使該部位周邊的軍服膨脹收縮，起到止血帶的作用。