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纳米传感器的研究现状与应用（二） |
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刘凯? 邹德福? 廉五州? 马丽铃? 马丽敏? 陈志东? 沈阳仪表科学研究院? 辽宁沈阳 |
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美国加利福尼亚大学研制成功了一种能够自动鉴定气体成分的“电子鼻”。其安装了由只有2mm2的传感芯片，芯片上集成的传感 |
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器有大量碳纳米管组成，能够捕捉到化验对象中的各种气体分子。而传感器获得的有关被测气体的信息将传递给计算机进行分析 |
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，从而得出气体的具体成分，可投入批量生产且价格便宜。 |
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由中科院合肥智能综合了纳米技术和自动控制等多个学科的相关理论与技术，提出了暗电流检测气体的新方法；集成开发了基于 |
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碳纳米管电离的气体检测预警系统并首次实现了 在大气环境下对某些有机气体及毒品的检测，形成了多项具有自主知识产权的 |
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核心技术。 |
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上海交通大学提出使用标准微电子加工技术中图形转换技术和金属微电铸技术，作为实现基于一维纳米材料的微气体传感器的制 |
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造工艺，可以极大提高对该种传感器核心结构要素的控制精度和器件结构设计的灵活性，方便实现微型智能传感器。 |
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浙江大学研制了一种基于气体在纳米间隙中的电离来实施气敏检测的微型气体传感器。采用在线阻抗监测电镀法来制备具有纳米 |
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间隙的金属电极对，所制备的微型气体传感器包括绝缘基底和在绝缘基底上设置一电极对，电极对中两电极的间隙为1～999nm。 |
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米用纳米间隙，可以在较低的外加电压才产生强电场，然后通过不同的电离电压和电离电流来实施气敏检测，大大简化了微型， |
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便携式气体传感器的制备。 |
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3.其他去类型纳米传感器 |
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纳米传感器除了纳米化学和生物传感器、纳米气敏传感器两种组要类型外，还有其它各种形式。如：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； |
| 利用一些纳米材料的巨磁阻效应，已经研制出了各种纳米磁敏传感器，；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。 |
| 美国近年在纳米基础研究涉及到传感器的研究成果主要有：发现碳纳米管理想的吸收与发散光波特性，可望使单分子传感器变成 |
| 现实；利用自行组装的DNA分子作为建筑材料，建造了制成蛋白质的纳米级脚手架和金属线，直径只有数10ˉ1 0m，这是在纳米 |
| 级合成方面取得的汇重要成就，可能由此开发可编程的分子级传感器；在世界上首次得到具有压电效应的半导体纳米带结构 |
| ——实现纳米尺度上机电耦合的关键材料，可用来设计研制各种纳米传感器。 |
| 4.安全性 |
| 由于纳米技术及其材料的多样性，评估其对健康与环境的影响，需要采用能适应不同条件的多种传感器，包括分别或同时监测纳 |
| 米材料暴露在空气和水中的情况及其可能造成的危害的仪器。所以未来3-10年内开发出评估纳米材料暴露在水与空气中的影响的 |
| 仪器。 |
| 5.目前整日与纳米材料打交道的人迫切需要廉价的、便携的、可广泛使用的空中样本收集器，以测量工作环境中的纳米材料 |
| 6.暴露情况，包括器数量、比表面积和聚集等数据。这样的仪器需要在未来3年内商业化。 |
| 7.纳米产品制造过程中排出的废物，如防晒油等液体消费品中的纳米颗粒，不可避免地会在水中堆积。不追踪这些废物，就 |
| 8.不能确定纳米颗粒存在的好处。因此，需要在未来5年开发追踪纳米颗粒在水中散落、聚集和转化情况的仪器。 |
| 9.需要在未来10年内开发相关智能传感器，以直接探测和显示出纳米颗粒对人体健康与环境的危害情况。 |
| 10.在医疗、生物领域的应用 |
| 利用纳米技术制成的传感器，可用于疾病的早期诊断、监测和治疗，使各种癌症的早期诊断成为显示。目前，美国科学家已经在 |
| 实验室环境下实现了对前列腺癌、直肠癌等多种癌症的早期诊断。纳米传感器灵敏度很高，在进行血液检测时，当传感器中预置 |
| 的某总癌细胞抗体遇到相应的抗原时，传感器中的电流会发生变化，通过这种电流变化可以判断血液中癌细胞的种类和浓度。据 |
| 专家预测，今后可能有多种纳米传感器集成在一起被植入人体，以用来早期检测各种疾病。 |
| 11.在微电子及信息技术领域的应用 |
| 在此应用领域，研究集中在导电聚合物在信息技术领域的应用、纳米电子元器件FET二极管、用于感应器的电子序列、纳米传感 |
| 器等。如微电子机械系统（MEMS）技术是建立在微米/纳米技术基础上的21世纪前沿技术，是对微米/纳米材料进行设计、加工、 |
| 制 造、测量和控制的技术，其应用研究主要是将所研究的成果，如微型传感器投入实用，逐步由微型向纳米型发展。 |
| 12.在国防科技上的应用 |
| 纳米气体传感器在国防科技上，将其用于地面，空间，飞机，潜艇的内舱，以及各种军用车辆驾驶室中检测有害气体、有毒气体 |
| 等，必将更加方便、快捷、灵敏，如美国已经研制出纳米军装，军装中的纳米传感器可以感应空气中生化指标的变化，当有害气 |
| 体或物质指标突然升高时，军装会立即将头盔和其它通气部分的透气口关闭，并释放生化武器的解毒剂，起到预防效果。此外嵌 |
| 在军装中的纳米生化感应装置可以监视士兵的心率、血压、体内及体表温度等多项重要指标，以及辨识体表流血部位，并使该部 |
| 位周边的军服膨胀收缩，起到止血带的作用。此外，纳米传感器在光学材料和生物分子追踪两个领域的应用也受到重视。 |
| 13.结束语 |
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总之，纳米传感器因其功耗小（无需散热装置）、体积小和灵敏度高等特点，将在生物、化学、机械、航空、军事等方面获得更 |
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广泛的应用。有专家指出，到2020年，人类社会进入“后硅器时代”时纳米传感器将成为主流，所以，加快纳米传感器乃至整个 |
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纳米技术的发展，具有重要意义 |
