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(zhù)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發(fā)生變化來(lái)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，改變其費米能級引起其宏觀(guān)電阻發(fā)生較大改變，通過(guò)檢測其電阻變化來(lái)檢測氣體成分，可用作氣敏傳感器。

　　其他類(lèi)型納米傳感器

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

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

　　(3)在光纖傳感器基礎上發(fā)展起來(lái)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，大大減小了測微傳感器的體積，響應時(shí)間大大縮短，滿(mǎn)足了測量要求實(shí)現的微創(chuàng )實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量。

　　納米傳感器的特點(diǎn)

　　與傳統的傳感器相比，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活性、拉曼光譜效應、催化效率、導電性、強度、硬度、韌性、超強可塑性和超順磁性等特有性質(zhì)，因而具有許多顯著(zhù)特點(diǎn)：

　　靈敏度高。

　　用于探測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。 研究人員運用碳納米管與納米薄膜技術(shù)，研制出具有高靈敏度、高穩定性的柔性可穿戴仿生觸覺(jué)傳感器——人造仿生電子皮膚，可對人體不同生理狀態(tài)進(jìn)行準確檢測和疾病前期診斷。

　　功耗小。

　　隨著(zhù)微機電技術(shù)和微納材料技術(shù)的發(fā)展，使得納米傳感器向著(zhù)超微型化、智能化方向迅速發(fā)展，納米級機器人傳感器已經(jīng)可以通過(guò)血液注入的方式進(jìn)入人體，對人體的生理參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并有望對于癌變細胞、致病基因進(jìn)行靶向精確治療。與傳統傳感器相比，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(zhù)納米材料制備技術(shù)的成熟，制造過(guò)程的可重復性和批量化生產(chǎn)已不存在太大的問(wèn)題，納米傳感器的制造成本亦可以大大降低。低成本、小微型化節點(diǎn)的納米傳感器進(jìn)行大量布撒，可以形成無(wú)線(xiàn)納米傳感器網(wǎng)絡(luò )，這一優(yōu)勢可以使納米傳感器的探測能力大大擴展，為氣候監測與環(huán)境保護等領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化。

　　多功能集成。

　　傳統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(wàn)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與分析能力，并具有越來(lái)越強大的數據處理、存儲與分析的能力，若與互聯(lián)網(wǎng)相連接，還將具備數據遠程分析處理的能力。其“傻瓜化”特征使其操作十分簡(jiǎn)便。

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

　　納米傳感器的應用領(lǐng)域

　　1、在醫療、生物領(lǐng)域的應用

　　利用納米技術(shù)制成的傳感器，可用于疾病的早期診斷、監測和治療，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)驗室環(huán)境下實(shí)現了對前列腺癌、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)行血液檢測時(shí)，當傳感器中預置的某總癌細胞抗體遇到相應的抗原時(shí)，傳感器中的電流會(huì )發(fā)生變化，通過(guò)這種電流變化可以判斷血液中癌細胞的種類(lèi)和濃度。據專(zhuān)家預測，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(lái)早期檢測各種疾病。

　　2、在微電子及信息技術(shù)領(lǐng)域的應用

　　在此應用領(lǐng)域，研究集中在導電聚合物在信息技術(shù)領(lǐng)域的應用、納米電子元器件FET二極管、用于感應器的電子序列、納米傳感器等。如微電子機械系統(MEMS)技術(shù)是建立在微米/納米技術(shù)基礎上的21世紀前沿技術(shù)，是對微米/納米材料進(jìn)行設計、加工、制造、測量和控制的技術(shù)，其應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、在國防科技上的應用

　　納米氣體傳感器在國防科技上，將其用于地面，空間，飛機，潛艇的內艙，以及各種軍用車(chē)輛駕駛室中檢測有害氣體、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空氣中生化指標的變化，當有害氣體或物質(zhì)指標突然升高時(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，起到預防效果。此外嵌在軍裝中的納米生化感應裝置可以監視士兵的心率、血壓、體內及體表溫度等多項重要指標，以及辨識體表流血部位，并使該部位周邊的軍服膨脹收縮，起到止血帶的作用。