發布日期：2022-07-14 點擊率：36
傳感器制造商一直在透過反復試驗的工程創新方法來改善傳感器的靈敏度；但遺憾的是業界并沒有一個框架(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已經采取一種系統化方法(systematicway)將各種設計法則整合在一起,因此他們已擁有一個具一致性的框架來對改善傳感器的設計。為了測試他們的傳感器設計法則,他們著手研究哪一種納米級傳感器設計,對于透過目標分子(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制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面傳感器(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──工程師原本以為納米級傳感器較好,是因為感測組件的尺寸與被感測的分子較為接近,不過普渡大學的研究人員卻顛覆了以上想法,指出奈米級圓柱傳感器優于平面傳感器的原因,是因為目標分子會從正面(front)擴散到平面傳感器的表面,而圓柱形奈米管傳感器并沒有所謂的“正面”。
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面八方而來,因此其靈敏度會優于傳統的平面傳感器。
不過雖然圓柱形納米級傳感器的靈敏度較高,卻難以制造,有些傳感器設計人員使用納米復合材料(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卻指出這類傳感器并不會優于單奈米線傳感器。
此外研究人員還對納米點(nanodot)傳感器進行了研究,因為球形傳感器看起來應該比圓柱形傳感器更靈敏,因為分子能夠從更多的方向接觸感測組件。不過根據他們的模型顯示,球形納米傳感器并不會比奈米線或者奈米管傳感器具有更大的優勢。
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。
