传统传感器

加州大学欧文分校(University of California Irvine)的物理学家近日在扫描隧道显微镜(Scanning Tunnel Microscope)中将氢分子与太赫兹激光(Terahertz Laser)配合使用制作量子传感器，这项技术在测量材料化学特性时呈现出前所未有的时间和空间分辨率。图片来源：加州大学欧文分校Wilson Ho实验室。在扫描隧道显微镜的超高真空中，一个氢分子被固定在银尖和样品之间。太赫兹激光的飞秒脉冲激发分子，使其成为量子传感器。　　这种新方法也可用于分析二维材料，在先进的能源系统、电子学和量子计算机中十分有用。　　加州大学欧文分校物理、天文和化学系的研究人员描述了科学家如何将两个键合氢原子定位在STM的银尖和一个由平整的铜表面组成的样品之间，该表面上排列着氮化铜的“岛”。这项研究发表在《科学》杂志上。　　科学家们能够利用持续数万亿分之一秒的激光脉冲，在低温和极高真空环境下刺激氢分子，并识别其量子态的变化，从而获得样品的原子尺度和延时图像。　　这个项目代表了测量技术的进步，并拓展了我们探索科学问题的方法。现有仪器不基于这一量子物理原理，因此依靠探测两能级系统中态相干叠加的量子显微镜要更加灵敏。——Wilson Ho（研究人员之一）和加州大学欧文分校物理学、天文学和化学系教授Donald Bren　　　根据何的说法，由于氢分子的取向在上下两个位置之间波动，并且在一定程度上水平倾斜，氢分子是两能级系统的一个例子。科学家们可以利用激光脉冲激励系统从基态循环到激发态，从而实现两种状态的叠加。　　循环振荡非常短，仅持续几十皮秒，但科学家们通过测量“退相干时间”和循环周期，能够探测到氢分子与其周围环境的相互作用。　　氢分子成为量子显微镜的一部分，因为无论显微镜扫描到哪里，氢都在尖端和样品之间。它是一种非常灵敏的探针，可以让我们看到低至0.1埃的变化。在这个分辨率下，我们可以看到样品上电荷分布的变化。　　——Wilson Ho（研究人员之一）和加州大学欧文分校物理学、天文学和化学系教授Donald Bren　　STM针尖与样品之间的距离约为6埃或0.6纳米，这几乎是不可能实现的微小距离。　　Ho和他们的研究同事建立了一个STM，可以检测该区域的微小电流，并提供光谱数据，证明氢分子和样品成分的存在。根据何教授的说法，这是第一次利用太赫兹诱导的单分子整流电流进行化学精确光谱分析。　　根据何教授的说法，利用氢的量子相干性在这种细节层次上分析材料的能力在催化剂的研究和工程中非常有用，因为它们的功能通常取决于单个原子大小的表面缺陷。　　只要氢能吸附到材料上，原则上，你就可以用氢作为传感器，通过观察材料的静电场分布来表征材料本身。　　——加州大学欧文分校物理学和天文学研究生王立坤（研究第一作者）　　加州大学欧文分校物理学和天文学专业的研究生夏云鹏与何和王一起进行了这项实验，该实验由美国能源部基础能源科学办公室资助。　　期刊原文：Wang, L., et al. (2022) Atomic-scale quantum sensing based on the ultrafast coherence of an H2 molecule in an STM cavity. Science. doi.org/10.1126/science.abn9220.

11月6日，2023世界传感器大会——中欧传感器产业合作交流会在郑州顺利召开。此论坛由河南省人民政府、中国科学技术协会主办，中国仪器仪表学会、郑州市人民政府、德中友好协会联合会承办，来自高校、科研院所、企业等代表150余人参会。论坛由清华大学苏州汽车研究院（相城）协同控制所副所长刘玉敏主持。中国仪器仪表学会副秘书长张莉、郑州市人民政府副秘书长王凤霞为论坛致开幕辞。中国仪器仪表学会副秘书长张莉致辞郑州市人民政府副秘书长王凤霞致辞清华大学苏州汽车研究院（相城）协同控制所副所长刘玉敏主持论坛欧洲科学院院士亨利H拉达姆森以线上报告的形式介绍了红外器件的发展现状和中国在该领域的新机遇，他展示的采用了短波红外（SWIR）技术的照片，相比传统光学照片和热成像照片有更多成像细节和成本上的优势。“这项突破性技术可以广泛应用在汽车制造、肿瘤检测等领域。”亨利院士兴奋地表示，相关的设备和芯片都已在中国生产，这项技术拥有着光明的未来。葡萄牙使馆商务处中国区投资主管玛丽安娜威尔逊介绍了葡萄牙半导体产业发展现状和合作机遇，分享了葡萄牙在半导体、传感器、信息技术、AMKOR技术等领域的发展，在传感器相关领域的人才培养，以及葡萄牙的营商环境等。“大多数人工智能的动作以及应用场景都是通过传感器来进行表达和传达的。”剑桥大学制造研究院工业顾问刘铠文博士介绍了AI人工智能领域前沿应用—通过AI多模态测评技术革新教育评价体系。他举例，“剑桥大学老师每年要花600个小时去给学生做评价，我们研发的打分评价系统，可以直接帮老师减少80%的繁重工作量。”着重分享了AI多模态测评技术在教育评价体系中的优势与应用。IMAP大中华区管理合伙人王俊雄介绍了欧洲传感器行业的并购市场情况。“欧洲市场现在由于技术创新，汽车、医疗、航空航天、消费电子等领域都处在爆发式的增长期。”王俊雄认为，国内很多厂商的资质和能力、产品、质量，已经完全够得上抢占海外市场先机。中国以色列商务发展经理刘思嘉介绍了以色列创新传感器产业、商业环境与中国合作机遇。Newsight（中国）董事长李利凯做《投资传感器产业—打造中国世界级行业领袖》主题报告，分享了投资传感器产业的心得经验。海德堡印刷电子有限公司及创新实验室总经理迈克尔克罗格尔介绍了柔性传感器带来无限机遇，分析了不同场景的柔性传感器使用方案。海德堡创新实验室业务发展主管佛罗里安乌尔里希通过汽车安全带提醒技术的实际案例，分享了柔性印刷传感器在汽车领域的应用。本次论坛围绕中欧传感器产业，通过不同的角度进行了精彩的分享，来自俄罗斯联邦驻华商务代表处、德国驻华大使馆经济处、上海阿根廷总商会的专家、企业家们也参与其中，共同研讨中欧智能传感器产业的新发展、新理念。论坛的成功举办促进了中欧文化和科技的交流，让参会代表对传感器产业有了更多新的认识与理解。

“随着智能制造、工业互联网、健康医疗产业的发展，作为其核心技术的生物传感器产业也随之迎来庞大的市场需求，山东省生物传感器重点实验室将加快产业化应用，抢夺市场先机。”山东省科学院副院长刘孟德在14日举行的生物传感器技术及产业发展论坛上表示。市场蛋糕巨大当日，国内生物传感器领域的专家齐聚济南，围绕临床检验、家庭医疗、环境监测、工业过程和生化反恐等诸多领域的生物传感器技术及相关产业，探讨以山东省生物传感器重点实验室和山东省生物传感器技术研究推广中心为载体，组建生物传感器工程技术中心，加速推动产业化发展。　　山东省科学院生物研究所所长、山东省生物传感器重点实验室主任史建国告诉记者，从20世纪80年代起，生物传感器在生物医学检验、疾病诊断与治疗、食品分析、环境监测、工业过程检测与控制、毒物检测及战争生化预警等领域得到广泛应用，并成为现代分析仪器的前沿科技领域和国际市场竞争的热点。“我国在生物传感器新原理、新方法和新结构方面已取得一系列国际先进或国际领先的科研成果，但研究成果向产业转化进程还比较缓慢。”中国科学院生物物理研究所研究员张先恩告诉记者，2010年全球生物传感器市场销售额突破了100亿美元，预计2020年将达到225亿美元。其中临床检验占44.9%，家庭诊断20.2%，环境监测14.3%，实验室10.7%，工业过程6.6%，生化反恐3.3%。但我国目前生物传感器产品的国际市场份额不超过10%。根据全球知名市场调研公司PMR发布的一份新报告，未来6年，全球生物传感器市场将经历快速增长，该市场2014市值为129亿美元，到2020年将达到225亿美元，复合年增长率为9.7%。由于医疗保险普及率的不断扩大、人口基数大以及卫生保健系统的不断升级，亚太地区将成为增长最快的地区。　　“当前慢性病及生活方式相关疾病发病率上升、不断增长的老龄人口、生物传感器在各行业的广泛应用、纳米技术在医疗保健领域的应用，推动了生物传感器市场的快速增长。”张先恩表示。推动产学研协同创新山东在生物传感器领域的技术和产业化已经走在了前面。据史建国透露，山东省科学院生物研究所意欲借助其工业生物传感器研究和产业化应用的科技平台，组建跨部门、跨行业、跨区域的生物传感器研发布局和协同创新体系。据了解，山东省科学院生物研究所是我国惟一实现生物传感器产业化应用的科研单位，已先后研制出葡萄糖、还原糖、乳酸等多种生化分析传感器，建立了生物传感器在工业环境下运行的实验方法、操作规程、配套试剂及培训服务体系，产品占国内市场95%以上(其余5%为进口产品)，在我国食品发酵、生物医药等科研及产业领域实现了广泛应用，突破了传统生产过程只依赖于物理和化学传感器的落后局面，打破了国外技术封锁，为我国生物工业的过程控制提供了先进的技术支撑。“以氨基酸发酵产业为例，全国年产量300多万吨，年总产值超过400亿元 生物传感器应用于氨基酸生物反应器的系统优化、葡萄糖流加控制、产物分离提取等过程，可提高产率10%-15%，年增经济效益达40亿元以上。按照整个工业生物技术产业应用情况计算，年增经济效益可达100亿元以上。”史建国说。　　据史建国透露，山东省科学院生物研究所将与中科院及相关企业合作，利用生物传感器研发布局和协同创新体系，开发新的酶分子元件，增加生物传感器检测指标，实现对多种代谢产物的检测 将生物传感器与物理、化学传感器融合，研发多传感器分析模块，建立工业生物过程的在线检测与自动控制系统 生物传感器与信息技术、物联网技术结合，构建新型的智能化工业生物过程控制与运行模式。　　“当前山东工业转型升级的焦点和瓶颈问题是缺乏关键的核心技术对传统产业进行产业升级，山东省科学院组建生物传感器研发布局和协同创新体系是有益的探索。”山东省经信委科技处处长封宗庆当日表示，我省将积极推动此类产学研协同创新。