彌補技術遺憾 美學者找出傳感器設計新途徑
http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-08 19:29:24 來源:電子工程專輯
傳感器製造商一直在透過反複試驗的工程創新方法來改善傳感器的靈敏度;但遺憾的是業界並沒有一個框架(framework)來總括所有的經驗法則,以做為新一代傳感器的設計方法。而來自美國普渡大學(PurdueUniversity)的工程師補足了這個遺憾,為設計傳感器提供了新的途徑。
普渡大學電子電機教授AshrafAlam表示,他與其博士研究生PradeepNair已經采取一種係統化方法(systematicway)將jiang各ge種zhong設she計ji法fa則ze整zheng合he在zai一yi起qi,因yin此ci他ta們men已yi擁yong有you一yi個ge具ju一yi致zhi性xing的de框kuang架jia來lai對dui改gai善shan傳chuan感gan器qi的de設she計ji。為wei了le測ce試shi他ta們men的de傳chuan感gan器qi設she計ji法fa則ze,他ta們men著zhe手shou研yan究jiu哪na一yi種zhong納na米mi級ji傳chuan感gan器qi設she計ji,對dui於yu透tou過guo目mu標biao分fen子zi(targetmolecule)進行感測的應用最適合。
研究人員過去就已經發現,當感測個別分子時(例如煙霧探測器或生物、化學探測器),感測組件越小越好,但其原因一直未被證實地認為,是與目標分子的擴散情況會限製傳感器運作速度有關。
而Alam和Nair宣稱已為以上的理論得到了證實。首先,他們比較了傳統的平麵傳感器(planarsensor)組件與圓柱形單納米管傳感器 (cylindricalsingle-nanotubesensor)組件,結果顯示較小的圓柱形傳感器的靈敏度至少高100倍,這足以證明越小越好的理論。
而其原因更令人吃驚──工(gong)程(cheng)師(shi)原(yuan)本(ben)以(yi)為(wei)納(na)米(mi)級(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)較(jiao)好(hao),是(shi)因(yin)為(wei)感(gan)測(ce)組(zu)件(jian)的(de)尺(chi)寸(cun)與(yu)被(bei)感(gan)測(ce)的(de)分(fen)子(zi)較(jiao)為(wei)接(jie)近(jin),不(bu)過(guo)普(pu)渡(du)大(da)學(xue)的(de)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)卻(que)顛(dian)覆(fu)了(le)以(yi)上(shang)想(xiang)法(fa),指(zhi)出(chu)奈(nai)米(mi)級(ji)圓(yuan)柱(zhu)傳(chuan)感(gan)器(qi)優(you)於(yu)平(ping)麵(mian)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)原(yuan)因(yin),是(shi)因(yin)為(wei)目(mu)標(biao)分(fen)子(zi)會(hui)從(cong)正(zheng)麵(mian)(front)擴散到平麵傳感器的表麵,而圓柱形奈米管傳感器並沒有所謂的“正麵”。
Alam指出,當使用納米級的圓柱形傳感器,被感測的分子會從四麵八方而來,因此其靈敏度會優於傳統的平麵傳感器。
不過雖然圓柱形納米級傳感器的靈敏度較高,卻難以製造,有些傳感器設計人員使用納米複合材料(又稱為nanonet)感應元素,使用多個圓柱形奈米管或者奈米線,組成奈米線叢。但Alam卻指出這類傳感器並不會優於單奈米線傳感器。
此外研究人員還對納米點(nanodot)傳(chuan)感(gan)器(qi)進(jin)行(xing)了(le)研(yan)究(jiu),因(yin)為(wei)球(qiu)形(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)看(kan)起(qi)來(lai)應(ying)該(gai)比(bi)圓(yuan)柱(zhu)形(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)更(geng)靈(ling)敏(min),因(yin)為(wei)分(fen)子(zi)能(neng)夠(gou)從(cong)更(geng)多(duo)的(de)方(fang)向(xiang)接(jie)觸(chu)感(gan)測(ce)組(zu)件(jian)。不(bu)過(guo)根(gen)據(ju)他(ta)們(men)的(de)模(mo)型(xing)顯(xian)示(shi),球(qiu)形(xing)納(na)米(mi)傳(chuan)感(gan)器(qi)並(bing)不(bu)會(hui)比(bi)奈(nai)米(mi)線(xian)或(huo)者(zhe)奈(nai)米(mi)管(guan)傳(chuan)感(gan)器(qi)具(ju)有(you)更(geng)大(da)的(de)優(you)勢(shi)。
目前,研究人員正使用他們的模型,來建構能夠使用電子式方法檢測DNA序列的傳感器,使基因定序(genomesequencing)工作能更容易透過自動化的方式進行。目前的基因定序是透過分子化學探測的方法執行,速度慢且程序繁瑣。