美國工程師為設計傳感器提供了新的途徑
http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-08 21:15:23 來源:互聯網
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。日前,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。