根據(jù)瑞典公司Insplorion與創(chuàng)新咨詢機(jī)構(gòu)RISE Acreo的研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)局部表面電漿共振(LSPR)技術(shù),可望在電池監(jiān)測(cè)、生物傳感等應(yīng)用中大量生產(chǎn)低成本的納米傳感器。研究人員們的初探性研究——“為電池應(yīng)用實(shí)現(xiàn)小型化納米傳感器系統(tǒng)”(Miniaturization of a nanosensor system for batteries),驗(yàn)證了打造低成本光纖傳感器系統(tǒng)的可能性,可望滿足電池監(jiān)測(cè)以及體內(nèi)診斷和制造產(chǎn)業(yè)等其他應(yīng)用的需求。研究人員采用Insplorions的納米等離子感測(cè)(NPS)技術(shù)進(jìn)行這項(xiàng)研究。NPS的技術(shù)基礎(chǔ)就在于利用了所謂“局部表面電漿共振”(LSPR)的物理現(xiàn)象。
這項(xiàng)研究的目的是探索設(shè)計(jì)基于NPS的光纖傳感器系統(tǒng),并以低成本實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。
Insplorion執(zhí)行長(zhǎng)Patrik Dahlqvist表示:“該研究計(jì)劃的重要結(jié)論是證實(shí)我們能夠用大量元件實(shí)現(xiàn)具競(jìng)爭(zhēng)力的制造價(jià)格,以及了解它如何以大量制造擴(kuò)大規(guī)模。我們可以為適合利基型應(yīng)用的首批電池打造低廉的傳感器系統(tǒng)。然而,這還需要經(jīng)過(guò)一些技術(shù)的發(fā)展與驗(yàn)證,才能打造進(jìn)入廣泛市場(chǎng)的傳感器系統(tǒng)。”LSPR技術(shù)是在金屬納米顆粒中傳導(dǎo)電子的一種連貫性集體空間振蕩作用,它能經(jīng)由近可見(jiàn)光直接激發(fā)。共振條件(即可激發(fā)LSPR的光波長(zhǎng)/顏色)由納米顆粒的電子特性、其尺寸、形狀和溫度以及納米顆粒附近的介電環(huán)境等各種組合而限定。
納米等離子感測(cè)利用金屬納米顆粒(通常是銀或金)作為局部感應(yīng)元素,提供了獨(dú)特的性質(zhì)組合;包括超高靈敏度、小樣本量/體積(取決于傳感器的納米顆粒尺寸,通常約在50-100nm尺寸范圍內(nèi)),以及實(shí)現(xiàn)快速、即時(shí)(毫秒時(shí)間分辨率)遠(yuǎn)端讀取的能力。
NPS芯片的納米架構(gòu)(來(lái)源:Insplorion)
在Insplorion申請(qǐng)專利中的NPS芯片架構(gòu)中,傳感是通過(guò)在透明基底上非互動(dòng)的相同金屬納米圓盤(pán)之納米制造陣列實(shí)現(xiàn)的。然后用其上沉積的樣品材料(如納米顆粒薄膜)的介電間隔層薄膜(僅幾十納米)覆蓋該金屬圓盤(pán)陣列(傳感器)。傳感器納米顆粒接著被嵌入于傳感器,除了經(jīng)由LSPR偶極場(chǎng)外,在實(shí)體上并不與所研究的納米材料相互作用。后者滲透穿過(guò)間隔層,并在其表面及其表面附近存在相當(dāng)大的強(qiáng)度,因此能傳感該位置的電介質(zhì)變化。研究公司Future Market Insights表示,全球表面等離子共振市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2017-2027年間以6.3%的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)成長(zhǎng),并將在2027年達(dá)到近13億美元的營(yíng)收。為了實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量與性能,來(lái)自醫(yī)院、診所、門(mén)診手術(shù)中心、護(hù)理中心和參考實(shí)驗(yàn)室等終端用戶對(duì)于高階、表面等離子共振的需求持續(xù)增加,將為長(zhǎng)期使用表面等離子共振技術(shù)帶來(lái)機(jī)會(huì),并推動(dòng)進(jìn)一步的成長(zhǎng)。成像系統(tǒng)將是其中最大的細(xì)分市場(chǎng)之一,別是隨著越來(lái)越多的免標(biāo)簽檢測(cè)技術(shù)取代標(biāo)簽檢測(cè)技術(shù)的趨勢(shì)進(jìn)展。其他也預(yù)計(jì)會(huì)有顯著成長(zhǎng)的細(xì)分市場(chǎng)是生物傳感器。最近的一項(xiàng)應(yīng)用強(qiáng)調(diào)來(lái)自中國(guó)蘇州大學(xué)(Soochow University)的研究,該研究將LSPR技術(shù)用于智能窗戶,使其得以因應(yīng)環(huán)境情況調(diào)整特性,而無(wú)需任何人工干預(yù)。這項(xiàng)研究基于熱致變色材料的適應(yīng)性行為,可因應(yīng)溫度變化而改變顏色。原型智能窗戶利用LSPR將來(lái)自環(huán)境太陽(yáng)光的光子轉(zhuǎn)換為局部熱能。這觸發(fā)熱致變色窗戶從透明切換到不透明,以阻擋進(jìn)一步射入的陽(yáng)光。
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電池
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納米傳感器
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原文標(biāo)題:納米傳感器可望實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)測(cè)應(yīng)用
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