聲子晶體高精度微量液體傳感器

在國家納米專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金等資助下，深圳先進(jìn)院醫(yī)工所勞特伯醫(yī)學(xué)影像中心博士生王辰等發(fā)明了一種聲子晶體高精度微量液體傳感器，相關(guān)核心技術(shù)已申報(bào)了發(fā)明專利。

聲學(xué)傳感器利用聲場中的物體參量變化引起聲波的輸出信號(hào)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體實(shí)時(shí)探測。其中聲場能量越局域，越能增強(qiáng)聲波與待測物體的相互作用，越有可能提高傳感靈敏度，這也是設(shè)計(jì)高靈敏傳感器的核心物理機(jī)制之一。

研究人員發(fā)現(xiàn)，狹縫聲子晶體結(jié)構(gòu)共振時(shí)能夠?qū)⒛芰烤窒拊谶h(yuǎn)小于波長的狹縫空間，該狹縫聲子晶體系統(tǒng)可用于對(duì)微量液體的聲速和密度進(jìn)行同時(shí)傳感，且當(dāng)液體聲速和密度變化趨勢(shì)相反時(shí)，該傳感器靈敏度最高。此外，與傳統(tǒng)蘭姆波液體傳感器可測量樣品量具有下限相比，該狹縫聲子晶體液體傳感器的特點(diǎn)是待測樣品量越少，靈敏度越高。該研究成果有望為新型微量液體傳感器的設(shè)計(jì)提供新的思路和獨(dú)特手段。

自供電加速度傳感器

上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所與香港城市大學(xué)的一個(gè)聯(lián)合研究小組發(fā)明了一種新穎的柔性摩擦發(fā)電加速度傳感器。不僅不需外界能源實(shí)現(xiàn)自供電，而且不用任何保護(hù)結(jié)構(gòu)即可以承受15000 g加速度的沖擊。該項(xiàng)研究成果已發(fā)表在《納米能源》（Nano Energy）期刊上。

傳統(tǒng)的MEMS加速度傳感器技術(shù)成熟，但大多數(shù)需要額外電源，而且容易受到抗沖擊力的局限。隨著近年來柔性材料的進(jìn)步，壓電敏感材料由其結(jié)構(gòu)變形引起的發(fā)電屬性，獲得越來越多的關(guān)注。

在這篇文章中，研究小組展示了一種具有柔性結(jié)構(gòu)的摩擦電加速度傳感器，無需額外電源，且具有較寬的工作范圍，在0～6m/s2加速度范圍內(nèi)具有1.33 mV/(m/s2)靈敏度和0.64%非線性，以及15000 g抗沖擊能力。這項(xiàng)研究結(jié)合了MEMS技術(shù)和柔性電子學(xué)，為自供能、抗高沖擊加速度傳感器的研究提供了新思路。

石墨烯原理超靈敏氣體傳感器

富士通公司在近期召開的 2016 IEEE國際電子器件會(huì)議上，推出全球首款基于石墨烯原理開發(fā)的超靈敏氣體傳感器，能夠探測濃度低于10 ppb的NO2和NH3。該研究為開發(fā)能夠快速、靈敏地監(jiān)測特定氣體組份的緊湊型儀器開辟了道路，可應(yīng)用于探測大氣污染或人體呼吸中的有機(jī)衍生氣體。

傳感器硅晶體管的絕緣柵由石墨烯取代，當(dāng)氣體分子附著在石墨烯上時(shí)，改變了石墨烯的功函數(shù)，引起了硅晶體管的閾值變化。當(dāng)氣體分子從石墨烯層脫離后，石墨烯又會(huì)恢復(fù)其原始狀態(tài)。

該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，也將簡化人體呼吸的氣體組份監(jiān)測，從而用于疾病的快速發(fā)現(xiàn)。

主動(dòng)式觸覺傳感器

如今，大規(guī)模觸覺傳感系統(tǒng)基于電阻、電容、壓電等各種物理傳感機(jī)制，廣泛地應(yīng)用于柔性電子器件、人機(jī)交互和健康監(jiān)測等領(lǐng)域。北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林和張弛領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了一種基于浮柵式摩擦電子學(xué)晶體管陣列的主動(dòng)式觸覺傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)由10×10陣列構(gòu)成，每個(gè)像素點(diǎn)最小尺寸可達(dá)0.5×0.5mm2，通過外部接觸起電產(chǎn)生柵極電壓來調(diào)控晶體管的源漏電流大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境的觸覺感知。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，陣列中每個(gè)像素點(diǎn)均展示出很好的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間，并可在互不干擾的情況下正常工作，具有良好的耐久性、獨(dú)立性和同時(shí)性，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)接觸傳感、動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)檢測、實(shí)時(shí)軌跡追蹤以及空間觸覺成像。

該研究展示了摩擦電子學(xué)器件對(duì)外界環(huán)境刺激的主動(dòng)式傳感與人機(jī)交互機(jī)制，以及未來在可穿戴設(shè)備、人工智能、個(gè)性化醫(yī)療、傳感網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。