石英晶体传感器

AWS X1石英晶体微天平基于声波传感原理，可通过石英传感器频率和耗散变化来检测芯片表面质量和结构变化。适用于刚性和粘弹性薄膜，具有倍频操作模式，可给出薄膜的粘度，弹性模量，粘性模量，厚度等信息。测试频率高达160MHz，灵敏度可达8pg/cm2。应用领域腐蚀研究 锂离子电池评价电镀研究，沉积层厚度测试气体检测、成分分析，环境监测表面涂层研究纳米粒子吸脱附离子和溶剂的传输表面活性剂去污能力评价创新点：1.AWS样品池采用专利的Q-Lock设计 2.通过AWS Suite® 一个软件可控制两台仪器，同步采集电化学和QCM信号，完美实现电化学与QCM的联用。 3.AWS X1系统可兼容标准QCM芯片、高频QCM芯片和叉指传感器芯片。 4.适用于刚性和粘弹性薄膜，具有倍频操作模式 5.模块化设计，可升级温度模块/液体控制单元 AWS耗散型石英晶体微天平

小分子作为分子量小于 1000 道尔顿的化合物，在生命活动中发挥着重要的作用。对小分子进行检测和分析，无论是在生物医学领域，还是在疾病的早期诊断中，都是非常必要的。目前，市场上已出现不少小分子检测方法，包括光谱学、电化学等技术，但它们也同时存在着各种缺点，比如操作复杂、通量小、设备昂贵等。与上述传统的检测技术相比，场效应晶体管（field-effect transistors，FET）这种传感器平台则具有诸多优点，如灵敏度高、响应速度快、即时检测等。在该平台中，石墨烯作为导电通道，当其与小分子相互作用时，和电荷转移相关的化学掺杂效应会改变它的电势，导致石墨烯 FET 通道的电导发生实时变化。其中，必须说明的是，小分子的电荷量或分析物的氧化还原性，对化学门控调制起着决定性作用。也就是说，这种晶体管传感器，更适用于检测那些带电量较多的分子，而无法很好地检测那些电荷很少、且氧化还原性能较弱的小分子。复旦大学魏大程研究员带领的课题组，以新型场效应晶体管材料的研发为研究重点（课题组主页：www.weigroupfudan.com）。近期，该课题组发现了一种光化学门控效应，可以通过引入额外的光门控调制，来提高小分子的检测灵敏度。基于此，他们在石墨烯 FET 通道上，生长了具有良好光敏性的共价有机框架材料，能够吸收大量的光能量，并产生丰富的光电子，进而放大对化学信号的电流响应。图丨团队合照（来源：魏大程）接着，该团队采用光门控和化学门控协同的策略，开发了一款光增强化学晶体管传感器，实现对不同小分子，包括中性分子在内的高灵敏检测。利用该器件，他们成功检测到由细胞产生的、浓度低于 10−19M 的二羰基代谢物甲基乙二醛（methylglyoxal，MGO），至少比现有的技术低 5 个数量级。需要说明的是，MGO 是糖尿病、心血管病等疾病的重要参与分子，此前传统的小分子检测方法，很少能够实现对浓度低于 10−9M 的 MGO 的检测。在检测 MGO 的基础上，该器件还可以通过在共价有机框架材料上设计活性位点的方式，实现对其他具有不同电荷性质的小分子的检测。并且，对共价有机框架材料的分子结构进行调整，还能满足对其他疾病标志物的检测，比如蛋白质、离子、核酸等。图丨光增强化学晶体管（来源：Journal of the American Chemical Society）据魏大程介绍，该研究开始于 2018 年左右，整个过程持续了两到三年时间。“我们先是发现了一些光增强的电学响应信号现象，但并不清楚其中的机理，后来做了很多对比实验，同时也进行反复的讨论分析，才明白其实际上是光栅效应和化学效应的协同作用导致的。”他说。同时，他也表示：“我们利用光增强技术的好处是，能够对信号放大，使晶体管传感器发展成一个通用平台，既可以检测带电量较高的小分子，也可以检测带电量较低的小分子。”图丨光增强化学晶体管（来源：Journal of the American Chemical Society）2023 年 4 月 25 日，相关论文以《用于小分子超灵敏检测的光增强化学晶体管平台》（Photo-Enhanced Chemo-Transistor Platform for Ultrasensitive Assay of Small Molecules）为题在 Journal of the American Chemical Society 上发表[1]。图丨相关论文（来源：Journal of the American Chemical Society）复旦大学硕士研究生王乾坤、艾昭琳为该论文的共同第一作者，复旦大学魏大程研究员为论文的通讯作者。整体来看，该研究拓宽了晶体传感器平台的应用范围，具有快速、易于操作、高灵敏等优点的传感器件，有望在生物医学研究、健康监测和疾病诊断中实现应用。魏大程表示：“我们实验室主要想将晶体管传感器与医疗相结合，开展一些生化检测方面的研究。不过，实现小分子检测只是研究的一部分，这里面还有许多科学问题和技术问题有待解决。比如，我们想实现对癌症的检测。虽然这方面也已经有了很多相关技术，但在进一步提高检测的准确性上还有研究的空间，所以接下来我们也计划朝着这个方向进行探索。”此外，生化传感领域，尤其是晶体管传感技术，目前尚处于实验室阶段，现在，临床上还没有在大规模使用的产品。该团队也正在和相关企业进行交流，希望能够基于所开发的技术，打造一些具有较强实用性的产品，推动产业领域的应用。

报告亮点阐述: 高纯度生物样品的获取是生物学功能研究的前提和基础，同时生物分离过程是生物技术产业化的必经之路。特别是“精准医疗”计划的提出为靶向富集和分离材料的开发，提出了更高的要求，迫切需要开发新一代对开发目标生物分子具有高亲和力，特异性识别的富集和分离材料。然而这类材料的开发非常具有挑战性，这是因为生物样品种类繁多，结构各异，高度复杂，同时有价值的生物样品在血液或组织液中的含量极低。蛋白等物质在细胞中分布还具有动态不均一性，在不同人种，年龄，性别，病理阶段具有非常显著的差异性。通过学习和模仿生物分子间特异性相互作用，结合智能聚合物构象转变，开发出的生物分子响应性聚合物很好地切合了这一需求，能够实现对目标生物分子的精准捕获，将在生物分离和分析领域，获得广泛的应用。这一方向融合了智能聚合物、主客体化学、微纳米器件构筑、精准测量和生物医学，是目前新兴涌现的一个学科方向，具有鲜明的开创性和广阔的应用前景。研究生物分子在材料表面的吸附动力学行为，对于揭示材料对目标分子的选择性吸附能力，以及材料吸附生物分子后，表面所发生的显著变化，是一项非常有趣的工作。报告将讲解石英晶体微天平(QCM-D)技术在分离分析化学中的应用，帮助研究人员更好地去理解生物界面行为，揭示吸附背后的精彩故事。 报告人简介：卿光焱，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员、博士生导师。长期从事生物分离材料与器件方面的基础研究，已在包括Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chem. Sci.等化学和材料领域权威刊发表SCI论文100余篇，相关技术获得中国发明专利授权20项。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金，面上项目4项等。目前担任《色谱》青年编委，Chin. Chem. Lett.编委，Chemical Synthesis青年编委等。 报告时间：2022年7月7日(周四) 上午10点报告地点：腾讯会议（会议号报名后另行通知）报名方式：复制下方报名链接至微信搜索框，点击“访问网页”在线填写https://doc.weixin.qq.com/forms/AHUAGgcQAAkACwA1AbmAHUKesSVrfzTHfQSense技术简介： 具有耗散因子检测功能的石英晶体微天平（QSense）是瑞典百欧林科技有限公司的专利技术，可提供多个频率和耗散因子数据，用于测定非常薄层的吸附层的质量，并同步提供粘弹性等结构信息。 该技术可对多种不同类型表面的分子相互作用和分子、纳米颗粒及细胞吸附进行研究，同时可以检测分子的结构变化以及吸附与解析的动态过程。 该仪器应用范围包括生物技术和医疗器械、蛋白质、核酸、多糖等生物分子和细胞/细菌、生物传感器、食品、高分子聚合物、环境膜处理、纳米颗粒、石墨烯、自组装材料、锂电池/超级电容器等，从纳米到微米尺度的物质与界面之间的相互作用及物质的环境响应。 既往相关讲座：Ÿ 马春风教授 华南理工大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术如何解决海洋防污中面临的难题Ÿ 宋君龙教授 南京林业大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术及其在木质纤维素利用中的应用Ÿ 郑靖研究员 西南交通大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术在唾液润滑研究中的应用Ÿ 王敏博士 瑞典百欧林报告题目：QSense 耗散型石英晶体微天平技术(QCM-D)原理及应用Ÿ 申涛工程师 瑞典百欧林报告题目：QSense耗散型石英晶体微天平（QCM-D）在生物和食品领域的应用Ÿ 张洪斌教授 上海交通大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术在乳状液界面膜粘弹性与物理稳定性研究中的应用Ÿ 王敏博士 瑞典百欧林报告题目：耗散型石英晶体微天平（QCM-D）在锂离子电池研究领域的新应用Ÿ 姜威教授 山东大学报告题目：石英晶体微天平技术探究颗粒污染物的环境界面过程Ÿ 杨晓泉教授 华南理工大学报告题目：Langmuir膜分析仪及石英晶体微天平(QCM-D)在食品科学研究的应用Ÿ 杨哲博士 香港大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术及其在环境膜材料领域中的应用Ÿ 苗瑞副教授 西安建筑科技大学报告题目：QSense耗散型石英晶体微天平技术在超滤膜污染机理领域的应用研究Ÿ Netanel Shpigel博士 以色列巴伊兰大学/美国德雷塞尔大学报告题目：QSense耗散型电化学石英晶体微天平在电池及超级电容实时研究中的应用Ÿ 罗日方副研究员 四川大学报告题目：石英晶体微天平(QCM-D)技术在血液接触材料表面改性领域的应用 如需相关讲座视频请联系百欧林索要，联系电话： 400 860 5169 分机号1902

由华南理工大学 张广照教授和中国科学技术大学刘光明教授合著的“石英晶体微天平-原理与应用”一书，近日由科学出版社出版。该书从石英晶体微天平的原理入手，深入浅出，详细介绍了使用石英晶体微天平在界面接枝高分子构象行为、高分子表面接枝动力学、聚电解质多层膜、磷脂膜、抗蛋白吸附以及纳米气泡表面清洁技术中的应用。本书在介绍石英晶体微天平基本原理的基础上，重点向读者展示了如何利用石英晶体微天平作为一项表征技术去研究界面上的一些重要科学成果。为了便于回答有关疑问，本书的应用例子均选自作者实验室的研究成果。

2021年，《高分子学报》邀请到国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。 我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读。期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来。高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献. 借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！ 原文链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2020.20248《高分子学报》高分子表征技术专题链接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304 石英晶体微天平在高分子研究中的应用袁海洋 1 ,马春风 2 ,刘光明 1 , 张广照 2 , , 1.中国科学技术大学化学物理系 合肥微尺度物质科学国家研究中心 安徽省教育厅表界面化学与能源催化重点实验室　合肥 2300262.华南理工大学材料科学与工程学院　广州 510640作者简介: 刘光明，男，1979年生. 2002年于安徽师范大学获得学士学位，2007年于中国科学技术大学获得博士学位. 2005~2006年，香港科技大学，研究助理；2008~2010年，澳大利亚国立大学，博士后；2010~2011年，中国科学技术大学，特任副教授；2011~2016年，中国科学技术大学，副教授；2016年至今，中国科学技术大学，教授. 获得2011年度中国分析测试协会科学技术奖(CAIA奖)(二等奖)，2013年入选中国科学院青年创新促进会，并于2017年入选为中国科学院青年创新促进会优秀会员. 近年来的研究兴趣主要集中于高分子的离子效应方面 张广照，男，1966年生. 华南理工大学高分子科学与工程系教授. 1987年本科毕业于四川大学高分子材料系，1998年在复旦大学获博士学位. 先后在香港中文大学(1999~2001年)和美国麻省大学(2001~2002年)从事博士后研究. 2002~2010年任中国科学技术大学教授，2010至今在华南理工大学工作. 曾获国家杰出青年基金获得者(2007年)，先后担任科技部重大研究计划项目首席科学家(2012年)，国际海洋材料保护研究常设委员会(COIPM)委员(2017年)，中国材料研究学会高分子材料与工程分会副主任，广东省化学会高分子化学专业委员会主任，《Macromolecules》(2012~2014年)、《ACS Macro Letters》(2012~2014年)、《Macromolecular Chemistry and Physics》、《Chinese Joural of Polymer Science》、《高分子材料科学与工程》编委或顾问编委. 研究方向为高分子溶液与界面物理化学，在大分子构象与相互作用、高分子表征方法学、杂化共聚反应、海洋防污材料方面做出了原创性工作 通讯作者: 刘光明, E-mail: gml@ustc.edu.cn 张广照, E-mail: msgzzhang@scut.edu.cn 摘要: 石英晶体微天平(QCM)作为一种强有力的表征工具已被广泛应用于高分子研究之中. 本文中，作者介绍了QCM的发展简史、基本原理以及实验样品制备方法. 在此基础上，介绍了如何基于带有耗散测量功能的石英晶体微天平(QCM-D)及相关联用技术研究界面接枝高分子构象行为、高分子的离子效应以及高分子海洋防污材料，展示了QCM-D技术在高分子研究中的广阔应用前景. QCM-D可同时检测界面高分子薄膜的质量变化和刚性变化，从而反映其结构变化. 与光谱型椭偏仪联用后，还可同步获取界面高分子薄膜的厚度变化等信息，可以有效解决相关高分子研究中的问题. 希望本文能够对如何利用QCM-D技术开展高分子研究起到一定的启示作用，使这一表征技术能够为高分子研究解决更多问题.关键词: 石英晶体微天平 / 高分子刷 / 聚电解质 / 离子效应 / 海洋防污材料 目录1. 发展简史2. 石英晶体微天平基本原理3. 石英晶体微天平实验样品制备3.1 在振子表面制备化学接枝高分子刷3.2 在振子表面制备物理涂覆高分子膜4. 石英晶体微天平在高分子研究中的应用4.1 界面接枝高分子构象行为4.2 高分子的离子效应4.2.1 高分子的离子特异性效应4.2.2 高分子的离子氢键效应4.2.3 高分子的离子亲/疏水效应4.3 高分子海洋防污材料5. 结语参考文献1. 发展简史1880年，Jacques Curie和Pierre Curie发现Rochelle盐晶体具有压电效应[1 ]. 1921年，Cady利用X切型石英晶体制造出世界上第一个石英晶体振荡器[2 ]. 但是，由于X切型石英晶体受温度影响太大，该切型石英晶体并未被广泛应用. 直到1934年，第一个AT切型石英晶体振荡器被制造出来[3 ]，由于其在室温附近几乎不受温度影响，因而得到广泛应用. 1959年，Sauerbrey建立了有关石英晶体表面质量变化和频率变化的定量关系，即著名的Sauerbrey方程[4 ]，该方程的建立为石英晶体微天平(QCM)技术的推广与应用奠定了坚实基础. 20世纪六七十年代QCM技术主要被应用于检测空气或真空中薄膜的厚度[5 ]. 1982年，Nomura和Okuhara实现了在液相中石英晶体振子的稳定振动，从而开辟了QCM技术在液相环境中的应用[6 ]. 1995年，Kasemo等开发了具有耗散因子测量功能的石英晶体微天平技术(QCM-D)[7 ]，实现了对石英晶体振子表面薄膜的质量变化和结构变化进行同时监测. 近年来，随着科学技术的发展，出现了QCM-D与其他表征技术的联用. 如QCM-D与光谱型椭偏仪联用技术(QCM-D/SE)[8 ]、QCM-D与电化学联用技术[9 ]等，这些联用技术无疑极大地拓展了QCM-D的应用范围，丰富了表征过程中的信息获取量，加深了对相关科学问题的理解. 毋庸置疑，在过去的60年中，QCM技术已取得了长足进步，广泛应用于包括高分子表征在内的不同领域之中[10 ~14 ]，为相关领域的发展作出了重要贡献.2. 石英晶体微天平基本原理对于石英晶体而言，其切形决定了石英晶体振子的振动模式. QCM所使用的AT切石英振子的法线方向与石英晶体z轴的夹角大约为55°[15 ]，其振动是由绕z轴的切应力所产生的绕z轴的切应变激励而成的，为厚度剪切模式，即质点在x方向振动，波沿着y方向传播，该剪切波为横波(图1 )[15 ~17 ].图 1Figure 1. Schematic illustration of a quartz resonator working at the thickness-shear-mode, where the shear wave (red curve) oscillates in the horizontal (x) direction as indicated by the two blue double-sided arrows but propagates in the vertical (y) direction as indicated by the light blue double-sided arrows. The two gold lines represent the two electrodes covered on the two sides of the quartz crystal plate, and the dashed line represents the center line of the quartz crystal plate at the y direction. (Adapted with permission from Ref.[16 ] Copyright (2000) JohnWiley & Sons, Inc).当石英振子表面薄膜厚度远小于石英振子厚度时，Sauerbrey建立了AT切石英压电振子在厚度方向上传播的剪切波频率变化(Δf)与石英压电振子表面均匀刚性薄膜单位面积质量变化(Δmf)间的关系，称为Sauerbrey方程[4 ]：其中，ρq为石英晶体的密度，hq为石英振子的厚度，f0为基频，n为泛频数，C = ρqhq/(nf0). Sauerbrey方程为QCM技术的应用奠定了基础. 值得指出的是，此方程一般情况下仅适用于真空或空气中的相关测量.当黏弹性薄膜吸附于石英振子表面时，振子的振动受到其表面吸附层的阻尼作用，因此需要定义一个参数耗散因子(D)来表征石英振子表面薄膜的刚性：其中，Q为品质因数，Es表示储存的能量，Ed表示每周期中消耗的能量. 较小的D值反映振子表面薄膜刚性较大，反之，较大的D值表明振子表面薄膜刚性较小.当QCM用于液相中的相关测量时，Kanazawa和Gordon于1985年建立了石英压电振子频率变化和牛顿流体性质间的关系，即Kanazawa-Gordon方程[18 ]：其中ηl代表液相黏度，ρl为液相密度. 1996年，Rodahl等建立了有关耗散因子变化与牛顿流体性质间关系的方程[19 ]：在液相中，石英振子表面黏弹性薄膜的复数剪切模量(G)可表示为[20 ]：G′代表薄膜的储存模量，G″代表薄膜的耗散模量，μf代表薄膜的弹性模量，ηf代表薄膜的剪切黏度，τf代表薄膜的特征驰豫时间. 因此，石英压电振子的频率变化和耗散因子变化可表示为[20 ]：其中ρf代表薄膜密度，hf代表薄膜厚度.石英压电振子的频率与耗散因子可以通过阻抗谱方法加以测量[16 ]，也可以通过拟合振幅衰减曲线获得[7 ]. 以后者为例，当继电器断开后，由交变电压产生的驱动力会突然消失，石英压电振子的振幅在阻尼作用下会按照下面的方式逐渐衰减[21 ].其中t为时间，A(t)为t时刻的振幅，A0为t=0时的振幅，τ为衰减时间常数，φ为相位，C为常数. 注意此时输出频率(f)并非为石英振子的谐振频率，而是f0和参照频率(fr)之差[21 ]. 通过对石英压电振子振幅衰减曲线的拟合，可以得到f 和τ.耗散因子可以通过如下公式求得[7 ]：3. 石英晶体微天平实验样品制备].3.2 在振子表面制备物理涂覆高分子膜以旋涂法在振子表面制备高分子膜过程中，首先将振子放置于旋涂仪上，抽真空使振子固定，将高分子溶液滴在振子表面后，启动旋涂仪，高分子溶液将沿着振子的径向铺展开来. 伴随溶剂的挥发，可在振子表面制备一层物理涂覆的高分子薄膜[27 ,28

近日，来自山西大学激光光谱研究所、光学协同创新中心，-巴里大学和巴里理工大学跨校物理系波利森斯实验室的联合研究团队发表了《Ppb级中红外石英增强光声传感器，用于使用T型音叉调谐探测DMMP》论文。二甲基甲基膦酸酯（DMMP）被广泛认为是最具代表性的模拟物，已开发并广泛用于DMMP检测的各种气体分析技术。气相色谱（GC）和质谱（MS）分析可以高敏感地鉴定不同的有机磷化合物，但它们在原位监测方面具有几个缺点，包括昂贵和耗时。此外，色谱分析必须由熟练的人员在专门的实验室中进行，不适合小型化。相比，光声光谱（PAS）是DMMP气体水平监测最有前景的技术之一，因为它具有高灵敏度、选择性和快速响应的优势。作为PAS的一种变体，石英增强光声光谱（QEPAS）技术自2002年首次报道以来迅速发展，其中超窄带石英调谐叉（QTF）与两个作为锐利共振声学换能器的声学微共振器（AmRs）在声学上耦合，用于检测声音信号，而不是传统的宽带麦克风。与体积超过10 cm3的传统光声池相比，小体积的QTF更有利于DMMP检测设备的小型化和快速响应。此外，QEPAS技术的显著特点是激发波长的独立性，这意味着可以使用相同的光谱声学器测量具有不同特征吸收光谱的痕量气体。DMMP在9–11.5 µ m的中红外区域显示出强烈的光吸收特征，因此使用高性能中红外量子级联激光器（QCLs）可以在理论上实现高灵敏度的检测。然而，中红外QCL输出光束通常具有较大的发散角，这使得将中红外激光束耦合到具有300微米叉间距的QTF中成为巨大的挑战，因为任何误散射光束击中QTF都会产生大的背景信号。在本研究中，我们展示了种基于定制T型QTF和中红外量子级联激光器（QCL）的小型化集成QEPAS DMMP传感器。T型QTF的叉间距为0.8毫米，具有约15,000的高品质因数，避免了由误散射光引起的背景信号，从而在ppb水平上获得最佳检测限。通过使用掺入DMMP的真实室外空气对传感器进行测试，以验证其有效性。实验部分：检测波长和光学激发源的选择强有力的靶向吸收带对于DMMP检测至关重要，因为实际应用需要具有亚百万分之一灵敏度的传感装置。由于其高输出功率、紧凑性和窄的光谱线宽，QCLs在中红外光谱区域已成为最多功能的半导体激发源。考虑到激发波长和激光源的大小，宁波海尔欣光电科技有限公司为该实验提供了一个发射波长为9.5 µ m，线宽为2 MHz的QCL激光器（QC-Qube 200831-AC712）作为DMMP-QEPAS传感器的激发源，其输出功率稳定性Fig. 2. QCL emission wavelength and output optical power as a function of driving current in amplitude modulation operating mode with a duty cycle of 50 %. QCL laser: HealthyPhoton, QC-QubeQCL laser driving circuit:: Healthy Photon, QC750-Touch&trade 结论基于QEPAS的传感器由于其波长独立性具有很高的多功能性，这使得通过替换激光源可以检测各种神经毒剂。在本研究中，首次开发了一种紧凑尺寸和可靠性能的ppb级QEPAS DMMP传感器。选择了9.56 µ m的激发波长，这是最强的DMMP吸收带，不受H2O和CO2的干扰。优化了主要系统参数，包括激光激发功率、气体压力和调制频率。最终，在0至1.5 ppm范围内验证了传感器的线性，并在300毫秒的积分时间下实现了6 ppb的最低检测限。我们使用真实室外空气作为载气检测了500 ppb的DMMP，并获得了与以零气作为载气时相同的信号幅度，从而验证了传感器的高选择性。参考Ppb-level mid-IR quartz-enhanced photoacoustic sensor for sarin simulant detection using a T-shaped tuning fork, Sensors & Actuators: B. Chemical 390 (2023) 133937, https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.133937

传感器(Sensor)是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说，按照输入的状态，输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下，输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的响应特性。动态特性通常采用传递函数等自动控制的模型来描述。通常，传感器接收到的信号都有微弱的低频信号，外界的干扰有的时候的幅度能够超过被测量的信号，因此消除串入的噪声就成为了一项关键的传感器技术。　　物理传感器　　物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。作为例子，让我们看看比较常用的光电式传感器。这种传感器把光信号转换成为电信号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其他物理量成为光信号。其主要的原理是光电效应：当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应包括电子发射、电导率和电位电流等。显然，能够容易产生这样效应的器件成为光电式传感器的主要部件，比如说光敏电阻。这样，我们知道了光电传感器的主要工作流程就是接受相应的光的照射，通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声的处理，就得到了所需要的输出的电信号。这里的输出电信号和原始的光信号有一定的关系，通常是接近线性的关系，这样计算原始的光信号就不是很复杂了。其它的物理传感器的原理都可以类比于光电式传感器。　　物理传感器的应用范围是非常广泛的，我们仅仅就生物医学的角度来看看物理传感器的应用情况，之后不难推测物理传感器在其他的方面也有重要的应用。　　比如血压测量是医学测量中的最为常规的一种。我们通常的血压测量都是间接测量，通过体表检测出来的血流和压力之间的关系，从而测出脉管里的血压值。测量血压所需要的传感器通常都包括一个弹性膜片，它将压力信号转变成为膜片的变形，然后再根据膜片的应变或位移转换成为相应的电信号。在电信号的峰值处我们可以检测出来收缩压，在通过反相器和峰值检测器后，种传感器外形我们可以得到舒张压，通过积分器就可以得到平均压。　　让我们再看看呼吸测量技术。呼吸测量是临床诊断肺功能的重要依据，在外科手术和病人监护中都是必不可少的。比如在使用用于测量呼吸频率的热敏电阻式传感器时，把传感器的电阻安装在一个夹子前端的外侧，把夹子夹在鼻翼上，当呼吸气流从热敏电阻表面流过时，就可以通过热敏电阻来测量呼吸的频率以及热气的状态。　　再比如最常见的体表温度测量过程，虽然看起来很容易，但是却有着复杂的测量机理。体表温度是由局部的血流量、下层组织的导热情况和表皮的散热情况等多种因素决定的，因此测量皮肤温度要考虑到多方面的影响。热电偶式传感器被较多的应用到温度的测量中，通常有杆状热电偶传感器和薄膜热电偶传感器。由于热电偶的尺寸非常小，精度比较高的可做到微米的级别，所以能够比较精确地测量出某一点处的温度，加上后期的分析统计，能够得出比较全面的分析结果。这是传统的水银温度计所不能比拟的，也展示了应用新的技术给科学发展带来的广阔前景。　　从以上的介绍可以看出，仅仅在生物医学方面，物理传感器就有着多种多样的应用。传感器的发展方向是多功能、有图像的、有智能的传感器。传感器测量作为数据获得的重要手段，是工业生产乃至家庭生活所必不可少的器件，而物理传感器又是最普通的传感器家族，灵活运用物理传感器必然能够创造出更多的产品，更好的效益。　　光纤传感器　　近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。　　光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。　　所谓光纤自身的传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量。外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉(比较)，使输出的光的相位(或振幅)发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。利用光纤的绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。　　光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高，体积小，成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。如图就是光纤传感器涡轮流量计的原理。　　另外一个大类的光纤传感器是利用光纤的传感器。其结构大致如下：传感器位于光纤端部，光纤只是光的传输线，将被测量的物理量变换成为光的振幅，相位或者振幅的变化。在这种传感器系统中，传统的传感器和光纤相结合。光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。这种光纤传输的传感器适用范围广，使用简便，但是精度比第一类传感器稍低。　　光纤在传感器家族中是后期之秀，它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，是在生产实践中值得注意的一种传感器。　　仿生传感器　　仿生传感器，是一种采用新的检测原理的新型传感器，它采用固定化的细胞、酶或者其他生物活性物质与换能器相配合组成传感器。这种传感器是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型的信息技术。这种传感器的特点是机能高、寿命长。在仿生传感器中，比较常用的是生体模拟的传感器。　　仿生传感器按照使用的介质可以分为：酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、组织传感器等。在图中我们可以看到，仿生传感器和生物学理论的方方面面都有密切的联系，是生物学理论发展的直接成果。在生体模拟的传感器中，尿素传感器是最近开发出来的一种传感器。下面就以尿素传感器为例子介绍仿生传感器的应用。　　尿素传感器，主要是由生体膜及其离子通道两部分构成。生体膜能够感受外部刺激影响，离子通道能够接收生体膜的信息，并进行放大和传送。当膜内的感受部位受到外部刺激物质的影响时，膜的透过性将产生变化，使大量的离子流入细胞内，形成信息的传送。其中起重要作用的是生体膜的组成成分膜蛋白质，它能产生保形网络变化，使膜的透过性发生变化，进行信息的传送及放大。生体膜的离子通道，由氨基酸的聚合体构成，可以用有机化学中容易合成的聚氨酸的聚合物(L一谷氨酸，PLG)为替代物质，它比酶的化学稳定性好。PLG是水溶性的，本不适合电机的修饰，但PLG和聚合物可以合成嵌段共聚物，形成传感器使用的感应膜。　　生体膜的离子通道的原理基本上与生体膜一样，在电极上将嵌段共聚膜固定后，如果加感应PLG保性网络变化的物质，就会使膜的透过性发生变化，从而产生电流的变化，由电流的变化，便可以进行对刺激性物质的检测。　　尿素传感器经试验证明是稳定性好的一种生体模拟传感器，检测下限为10的负3次方的数量级，还可以检测刺激性物质，但是暂时还不适合生体的计测。　　目前，虽然已经发展成功了许多仿生传感器，但仿生传感器的稳定性、再现性和可批量生产性明显不足，所以仿生传感技术尚处于幼年期，因此，以后除继续开发出新系列的仿生传感器和完善现有的系列之外，生物活性膜的固定化技术和仿生传感器的固态化值得进一步研究。　　在不久的将来，模拟生体功能的嗅觉、味觉、听觉、触觉仿生传感器将出现，有可能超过人类五官的敏感能力，完善目前机器人的视觉、味觉、触觉和对目的物进行操作的能力。我们能够看到仿生传感器应用的广泛前景，但这些都需要生物技术的进一步发展，我们拭目以待这一天的到来。　　红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：(1)辐射计，用于辐射和光谱测量 (2)搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪 (3)热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图象 (4)红外测距和通信系统 (5)混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。　　红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。下面以热探测器为例子来分析探测器的原理。　　热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。　　电磁传感器　　磁传感器是最古老的传感器，指南针是磁传感器的最早的一种应用。但是作为现代的传感器，为了便于信号处理，需要磁传感器能将磁信号转化成为电信号输出。应用最早的是根据电磁感应原理制造的磁电式的传感器。这种磁电式传感器曾在工业控制领域作出了杰出的贡献，但是到今天已经被以高性能磁敏感材料为主的新型磁传感器所替代。　　在今天所用的电磁效应的传感器中，磁旋转传感器是重要的一种。磁旋转传感器主要由半导体磁阻元件、永久磁铁、固定器、外壳等几个部分组成。典型结构是将一对磁阻元件安装在一个永磁体的刺激上，元件的输入输出端子接到固定器上，然后安装在金属盒中，再用工程塑料密封，形成密闭结构，这个结构就具有良好的可靠性。磁旋转传感器有许多半导体磁阻元件无法比拟一款电磁传感器的外形的优点。除了具备很高的灵敏度和很大的输出信号外，而且有很强的转速检测范围，这是由于电子技术发展的结果。另外，这种传感器还能够应用在很大的温度范围中，有很长的工作寿命、抗灰尘、水和油污的能力强，因此耐受各种环境条件及外部噪声。所以，这种传感器在工业应用中受到广泛的重视。　　磁旋转传感器在工厂自动化系统中有广泛的应用，因为这种传感器有着令人满意的特性，同时不需要维护。其主要应用在机床伺服电机的转动检测、工厂自动化的机器人臂的定位、液压冲程的检测、工厂自动化相关设备的位置检测、旋转编码器的检测单元和各种旋转的检测单元等。　　现代的磁旋转传感器主要包括有四相传感器和单相传感器。在工作过程中，四相差动旋转传感器用一对检测单元实现差动检测，另一对实现倒差动检测。这样，四相传感器的检测能力是单元件的四倍。而二元件的单相旋转传感器也有自己的优点，也就是小巧可靠的特点，并且输出信号大，能检测低速运动，抗环境影响和抗噪声能力强，成本低。因此单相传感器也将有很好的市场。　　磁旋转传感器在家用电器中也有大的应用潜力。在盒式录音机的换向机构中，可用磁阻元件来检测磁带的终点。家用录像机中大多数有变速与高速重放功能，这也可用磁旋转传感器检测主轴速度并进行控制，获得高画面的质量。洗衣机中的电机的正反转和高低速旋转功能都可以通过伺服旋转传感器来实现检测和控制。　　这种开关可以感应到进入自己检验区域的金属物体，控制自己内部电路的开或关。开关自己产生磁场，当有金属物体进入到磁场会引起磁场的变化。这种变化通过开关内部电路可以变成电信号。　　更加突出电磁传感器是一门应用很广的高新技术，国内、国外都投入了一定的科研力量在进行研究，这种传感器的应用正在渗透入国民经济、国防建设和人们日常生活的各个领域，随着信息社会的到来，其地位和作用必将。　　磁光效应传感器　　现代电测技术日趋成熟，由于具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点，已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。然而电测法容易受到干扰，在交流测量时，频响不够宽及对耐压、绝缘方面有一定要求，在激光技术迅速发展的今天，已经能够解决上述的问题。　　磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。激光，是本世纪六十年代初迅速发展起来的又一新技术，它的出现标志着人们掌握和利用光波进入了一个新的阶段。由于以往普通光源单色度低，故很多重要的应用受到限制，而激光的出现，使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。现在，利用激光已经制成了许多传感器，解决了许多以前不能解决的技术难题，使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。　　比如说用激光制成的光导纤维传感器，能测量原油喷射、石油大罐龟裂的情况参数。在实测地点，不必电源供电，这对于安全防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用，也可用来在大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。　　磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时，若在光束传播方向存在着一个外磁场，那么光通过偏振面将旋转一个角度，这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下，偏转的角度和输出的光强成正比，通过输出光照射激光二极管LD，就可以获得数字化的光强，用来测量特定的物理量。　　自六十年代末开始，RC Lecraw提出有关磁光效应的研究报告后，引起大家的重视。日本，苏联等国家均开展了研究，国内也有学者进行探索。磁光效应的传感器具有优良的电绝缘性能和抗干扰、频响宽、响应快、安全防爆等特性，因此对一些特殊场合电磁参数的测量，有独特的功效，尤其在电力系统中高压大电流的测量方面、更显示它潜在的优势。同时通过开发处理系统的软件和硬件，也可以实现电焊机和机器人控制系统的自动实时测量。在磁光效应传感器的使用中，最重要的是选择磁光介质和激光器，不同的器件在灵敏度、工作范围方面都有不同的能力。随着近几十年来的高性能激光器和新型的磁光介质的出现，磁光效应传感器的性能越来越强，应用也越来越广泛。　　磁光效应传感器做为一种特定用途的传感器，能够在特定的环境中发挥自己的功能，也是一种非常重要的工业传感器。　　压力传感器　　压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。　　我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应 当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。　　压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低)，所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。　　在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。　　压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。　　压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别压电传感器的外形是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器心乂　　也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。　　压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。　　除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。　　相关控制系统　　继电器控制　　继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。从另一个角度来说，由于为某一个用途设计使用的电子电路，最终或多或少都需要和某一些机械设备相交互，所以继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。　　最常见的继电器要数热继电器，通常使用的热继电器适用于交流50Hz、60Hz、额定电压至660V、额定电流至80A的电路中，供交流电动机的过载保护用。它具有差动机构和温度补偿环节，可与特定的交流接触器插接安装。　　时间继电器也是很常用的一种继电器，它的作用是作延时元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、电压至380V、直流至220V的控制电路中作延时元件，按预定的时间接通或分断电路。可广泛应用于电力拖动系统，自动程序控制系统及在各种生产工艺过程的自动控制系统中起时间控制作用。　　在控制中常用的中间继电器通常用作继电控制，信号传输和隔离放大等用途。此外还有电流继电器用来限制电流、电压继电器用来控制电压、静态电压继电器、相序电压继电器、相序电压差继电器、频率继电器、功率方向继电器、差动继电器、接地继电器、电动机保护继电器等等。正是有了这些不同类型的继电器，我们才有可能对不同的物理量作出控制，完成一个完整的控制系统。　　除了传统的继电器之外，继电器的技术还应用在其他的方面，比如说电机智能保护器是根据三相交流电动机的工作原理，分析导致电动机损坏的主要原因研制的，它是一种设计独特，工作可靠的多功能保护器，在故障出现时，能及时切断电源，便于实现电机的检修与维护，该产品具有缺相保护，短路、过载保护功能，适用于各类交流电动机，开关柜，配电箱等电器设备的安全保护和限电控制，是各类电器设备设计安装的优选配套产品。该技术安装尺寸、接线方式、电流调整与同型号的双金属片式热继电器相同。是直接代替双金属片式热继电器的更新换代的先进电子产品。继电器技术发展到现在，已经和计算机技术结合起来，产生了可编程控制器的技术。可编程控制器简称作PLC。它是将微电脑技术直接用于自动控制的先进装置。它具有可靠性高，抗干扰性强，功能齐全，体积小，灵活可扩，软件直接、简单，维护方便，外形美观等优点 以往继电器控制的电梯有几百个触点控制电梯的运行。　　而PLC控制器内部有几百个固态继电器，几十个定时器/计数器，具备停电记忆功能，输入输出采用光电隔离，控制系统故障仅为继电器控制方式的10%。正因为如此，国家有关部门已明文规定从97年起新产电梯不得使用继电器控制电梯，改用PLC微电脑控制电梯。　　可以看出，继电器技术在日常生活中无所不在，而且和电脑的紧密结合更加增强了它的活力，使得继电器为我们的生活更好地服务。　　液压传动控制系统　　液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。　　从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。　　液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。　　液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。　　液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。　　除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。　　根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。　　液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。　　液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。

QSense® High Pressure高压石英晶体微天平专业研究高压条件下油岩界面的相互作用，可以实时了解真实高压条件下，石油组分、驱油添加剂和其他相关化学物质之间的界面相互作用，为您的研究提供了一整套的解决方案。即使是微小的改变，也能对您的工作产生极大的影响，而将您的决定建立在分析科学的基础上，则会增加成功的机会。借助QSense® High Pressure高压模块，我们希望能充分激发您的想象力，通过实验测试、分析讨论和方法优化以得到更好的结果。QSense® High Pressure高压石英晶体微天平是一款可模拟现实高压反应条件的石英晶体微天平分析设备。压力设置高至200Bar,温度设置高至150℃。您也可以对仪器参数进行个性化定制，以满足特定的实验需求。高压石英晶体微天平由高温样品台、高压流动池、高压泵、液体处理单元和电子单元组成 QSense® High Pressure高压石英晶体微天平——专家之选您比我们更了解您的研究领域。然而，无论是努力提高石油产量，防止管道的污染，还是为发动机寻找适合的润滑添加剂，充分地了解反应过程都极具价值。通过提高对油岩界面相互作用的理解，您或许能在未来做出更明智的决定。QSense® High Pressure高压石英晶体微天平——强有力的研究工具QCM-D是耗散型石英晶体微天平的简称。该技术可记录石英晶体芯片的振荡频率和耗散的变化，为在纳米尺度上研究分子与表面的相互作用提供了新的视角。使用QSense® 耗散型石英晶体微天平分析仪，您可以实时跟踪表面上发生的质量、厚度和结构物理特性等变化。QSense® 检测得到的质量吸附/脱附量以及反应速率 模拟现实高压反应条件不同的反应条件下进行的测试可能得到完全不同的结果，而这就是我们开发QSense® 高压石英晶体微天平的驱动力。我们可提供芯片表面定制，以满足您的不同实验需求。基于QCM-D的检测结果，您可实时根据界面反应得出结论，并对反应流程进行优化。1. 在高压和高温的条件下进行QCM-D实验2. 根据您的特定需求选择芯片的材质和涂层3. 使用不同的有机溶剂和样品，筛选实验方案选择QSense® High Pressure高压石英晶体微天平的三个理由:1. 基于对结果至关重要的表面相互作用过程信息做出更明智的决定2. 从表面材料、化学反应、压力和温度等方面模拟真实的反应条件3. 为您的实验室装备一套高灵敏度的科学分析工具QSense® High Pressure高压石英晶体微天平的典型应用领域：石油开采从地下油藏或沥青砂中提取石油需要仔细考虑工艺条件。通过运用科学的分析可找到优化的方法。提高原油采收率聚合物和表面活性剂的使用可以改变注入水的粘度和岩石的润湿性，从而更好地溶解矿物中的石油。测量矿物芯片表面上聚合物或表面活性剂的吸附和释放的原油，可以优化采收液组成并提高原油采收率。使用较少的表面活性剂可以提供更环保的解决方案并降低成本。沥青提取从油砂中提取沥青非常困难。可以使用涂有沥青的二氧化硅芯片模拟油砂并对沥青的释放过程进行分析。通过研究沥青的脱附情况，找出优化的pH和温度条件，进而尽可能地提高采收率。管道流动保障管道污染和堵塞是一个代价高昂的问题。通常通过添加化学物质对管道流动进行保障。防止污垢沉积检测污垢形成的过程，寻找方法或添加剂以减少污垢沉积。使用碳钢芯片模拟管道表面，研究不同条件下原油/沥青质的吸附和释放，进而找出优化的化学成分、表面材料、压力和温度。燃料和润滑油润滑油被广泛用于控制摩擦和增加运动部件的使用寿命。润滑油溶液由各种具有表面活性的化学物质组成。优化发动机润滑油了解表面活性化学物质的吸附性质是找到平衡润滑剂的关键。利用不锈钢芯片研究燃料和润滑油添加剂对发动机性能的影响。实时观察吸附情况，寻找化学物质间的微妙平衡，从而优化润滑油的性能。QSense® High Pressure高压石英晶体微天平的技术参数：芯片和样品处理系统工作温度a4 – 150 °C, 由软件控制，精度为 ± 0.02 °C工作压力90 – 200 bar (与交替蠕动泵联用，也可在常压下工作)芯片数量1芯片表面超过50种标准材料，包括金属、氧化物、碳化物和聚合物例如：金、二氧化硅、不锈钢SS2343 & SS2348、氧化铁、高岭石等其他材料如钢和矿物，可根据客户要求定制测量特性时间分辨率，1个频率 100 个数据点/秒液相质量灵敏度b电子单元参数电源和频率100 / 115-120 / 220 / 230-240 V AC, 50-60 Hz电源应正确接地软件和电脑要求数据采集软件 (QSoft)USB 2.0, Windows XP 或更高版本数据分析软件(QSense Dfind)操作系统：64位Windows 7 SP1, 8, 8.1, 10或更高版本显示器分辨率： 1366×768像素内存：4 GB数据输入/输出格式Excel, BMP, JPG, WMF, GIF, PCX, PNG, TXT尺寸和重量高 (cm)宽 (cm)长 (cm)重量 (kg)电子单元1836219样品池89112高压阀门和控制面板685050ca 30HPLC 泵14264210 a 温度的稳定性取决于环境变化对样品池升温或冷却的影响。如果附近有气流或热源使室温变化超过±1℃，则可能无法达到系统设定的温度稳定性。b 通过标准的QSense® 流动模块采集数据 (单频模式下每5秒采集一个数据点，假定Sauerbrey关系是有效的)。当QSense® 高压系统芯片背面存在液体时，灵敏度会降低。以上技术参数仅对此配置有效。所有技术指标如有更改，恕不另行通知。创新点：1. 市面上所有其他类似产品均无法实现压力控制和高温控制。 2. 高温高压测试是石油工业真是生产场景模拟的必不可少的条件，此产品第一次实现了此情景的界面实时跟踪表征。 QSense High Pressure 高压石英晶体微天平

一个国际联合研究小组近日宣布，通过在石墨烯中加入硼原子的方式，他们开发出一种灵敏度极高的气体传感器。该装置能“嗅”出空气中浓度极低的有害气体，在人们还未察觉时发出警报。该研究还有助于改善锂离子电池和场效应晶体管的性能。　　用石墨烯制成的气体传感器已具有很高灵敏度，但科学家们并不想止步于此，希望通过在石墨烯中掺入其他元素的方式让其性能得到进一步提升。　　美国宾夕法尼亚州立大学物理学、化学和材料学教授莫里西欧特伦斯经过不断更换掺入元素，成功合成了1厘米见方的高品质掺硼石墨烯片。为防止硼化合物暴露在空气后快速分解，他们研制中用到了类似起泡器的化学气相沉积系统。　　核心部件制成后，被送往本田研究院的美国公司进行组装。2010年诺贝尔物理学奖获得者、英国曼彻斯特大学科学家康斯坦丁诺沃肖洛夫的实验室负责研究传感器的传输机制。此外，比利时、日本和中国的科学家也促成了这项研究。　　测试显示，新的气体传感器能够探测到浓度极低的有害气体分子，如空气中含量为十亿分之一的氮氧化合物和百万分之一的氨气，灵敏度比单纯用石墨烯制成的气体传感器要分别高出27倍和1000倍。　　负责此项研究的本田研究所首席科学家阿维迪克哈瑞泰元认为，新方法开辟了一条制造超高灵敏度气体传感器的新途径。该技术未来极有可能突破1000的五次方分之一检出限，在灵敏度上，比目前最先进的气体传感器高6个数量级。　　未来这种传感器有望在科学实验和工业中获得广泛的应用，无论是有毒有害气体、超标排放的汽车尾气，还是大气污染中的氮氧化合物都会在它面前一一显出原形。研究人员称，除检测有毒和易燃气体外，这种掺硼的石墨烯理论上还能帮助改建锂离子电池和场效应晶体管。　　相关论文发表在11月2日出版的《美国国家科学院院刊》。 来源：科技日报

根据应用场景选择合适传感器光学气体传感器是多种分析设备的核心部件，直接决定了仪器的性能指标和功能，仪器设计之初，传感器选型非常重要。市面上各种原理、各个厂家的光学气体传感器琳琅满目，指标参数参差不齐，要如何选择最合适、性价比最高的传感器呢？实际上每款传感器都有其优缺点和适用范围，要么性能指标有优势，要么可靠性更值得信赖，要么价格便宜等等。要根据具体需求和应用场景选择合适传感器，比如经常要测量组分繁杂、湿度高的气体，最好选择UVDOAS、FTIR这类色散分光原理的气体传感器。关于传感器的性能、体积、功耗、扩展性、价格等要综合权衡。 传感器性能指标权衡选择光学气体传感器，首先传感器的关键指标参数要优于预研仪器的设计参数，除体积重量外，一般要考虑以下几点要素，（每个要素都很复杂，本期先简单描述，后面几期再根据反馈详细分析）：1. 测量气体种类和干扰。前者好理解，要和仪器的目标气体一致，比如开发环境空气CO2分析仪器选择低量程LY-NDIR双通道CO2模块就完全能满足要求，但在背景气中有干扰组分的就要同时考虑干扰组分的同时测量，这是很多仪器开发者经常忽略的问题。比如开发污染源SO2分析仪选择NDIR原理就要考虑烟气常见组分CH4的干扰，因为红外波段CH4在SO2吸收峰处同样有吸收，会带来正干扰，当然选择紫外差分原理的如LY-UVDOAS系列的传感器就不用考虑CH4干扰。2. 量程、检出限和线性误差。分别代表了传感器的实际测量范围、最低响应浓度和结果正确度，其中量程和检出限指标是一对有点矛盾的参数，一般长光程设计的传感器，会有低的检出限和量程指标，反之亦然，当然，也有少数高端的传感器可以两者都兼顾，比如崂应的UVDOAS系列传感器，通过自适应调整光谱波段算法，测超低浓度时选择强吸收谱段反演计算测，超高浓度时选择弱吸收谱段反演计算，这样两个参数都能获得很优秀的指标。3. 响应时间、重复性和稳定性响应时间一般是T90、T10，表征了传感器的响应速度，跟气室体积、气体流速和平滑算法都有关系，因此也与精度、检出限指标有点负相关。关于重复性和稳定性，一般是在环境条件稳定的情况下，反复多次测量结果的一致性程度。4. 漂移（零漂、量漂）和适用温度范围漂移指标分为不同时间的漂移，常见的有1h/4h/8h/24h/月/年漂移，便携式仪器，小时漂移更重要，在线运行仪器月漂移也很重要，这关系到仪器设计或运行时的调零周期，有些仪器还需要设计自动调零气路。适用温度范围，在本文中不仅指传感器可工作的温度范围，还代表确保传感器精度/线性误差满足指标的温度范围，温度对光学气体传感器的影响非常大，所以需要确定精度是在什么温度范围内能满足。有些传感器比如崂应UVDOAS/NDIR/NDUV系列，采取了大量的措施确保了温度适用性，指标表里的误差均是指在工作温度范围内都能满足的误差；也有很多传感器指标误差中仅仅在室温条件满足（有些在指标表中看不出，有些会用温度漂移1℃示值漂移不超过满量程的多少来描述），这样就意味着仪器设计中要考虑增加对气体传感器应用环境的恒温设计或温度补偿算法，以满足仪器的高低温性能指标要求，据了解在多个领域的标准中都有仪器高低温适用性指标要求，毕竟仪器的客户群体大多分布在全国各地，四季温差、昼夜温差跨度非常大。5. 考虑升级和可扩展性，在仪器整个生命周期中，满足当前设计指标就可以？还是会根据市场需求而扩展升级（这种情况在快速发展的行业中是经常出现的，污染源监测行业指标就一直随着环保需求而不断收紧）？如果是后者，在核心传感器选型时就要考虑传感器的指标可扩展性，市面有少数高端传感器具备扩展空间，比如崂应的大部分UVDOAS传感器和NDIR传感器可以在硬件不变的情况下升级扩展量程，LY-UVDOAS更是可以在原基础上扩展测量气体的种类，然而这些扩展功能是基于深厚的技术水平的，能做到、做好的不多，有仪器扩展升级考量的要仔细甄别，选择对的传感器，有利于仪器的快速升级、缩减研发时间和成本。关于光学气体传感器的价格和价值这是个有意思的话题，本文简单一说。市面上不同传感器价格差异很大，这跟很多因素有关，最关键的还是指标。有些传感器是半定量的，有个不离谱的示值就可以，仅作为一个参考，这种很便宜；有些较准确，可以作为阈值判断用，价格一般；有些给出精确示值，比如误差在±5%以内，属于工业级的，价格较高；有些更高端的传感器给出更精确示值、表现非常好的环境使用性，比如误差在±2%甚至±1%以内，价格很高。不同等级的传感器，价格差异是数量级的，毕竟气体传感器做到一定精度指标之后，每一点小的提升，都会需要付出很高的成本代价去实现。所以，要根据预研仪器的要求和定位选择最合适的传感器。另外，传感器的附加值差异也很大，比如价格对比时，不要单独看一个传感器的价格，要看测一种气体的价格，比如多通道LYNDIR传感器一种气体的价格就明显低于多个单一气体传感器，同时去除了相互间的干扰，节省了体积，对仪器设计而言，增加功能同时省时、实力、省空间，性价比自然高很多。关于传感器之外的隐形附加价值也要权衡。比如购买崂应的传感器，就附加了定制化的解决方案，协助根据应用场景选择最佳好传感器、设计时用好，高质量的售后服务和可能的升级空间。最后，传感器基本选好了后，还要实测，尤其上文中提到的几个关键指标，毕竟光学气体传感器良莠不齐，自己测过才知道。欢迎致电崂应咨询交流。

人工视觉智能技术在安全、医疗和服务等领域颇有应用潜力。然而，随着网络化和信息化的发展，基于冯诺依曼构架的现有视觉系统因功耗问题难以实时处理海量激增的视觉数据。仿生人类视觉的光电突触器件可集图像信息采集、存储和处理于一体，有效解决现有视觉系统存在的时效性、功耗等问题。非晶氧化物半导体薄膜晶体管(TFT)作为传统电子器件在显示、电子电路等领域已实现产业化应用。因此，基于氧化物TFT的创新器件在产业工艺兼容性、与后端电路的在板集成等方面优势明显，在仿生人类视觉神经突触器件的研发方面，亟待解决如可见光响应弱、频率高效选择性、不同波段信号串扰等一些关键科学和技术问题。 　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能薄膜与智构器件团队阐明了非晶氧化物半导体器件中与氧空位息息相关的突触权重调控的微观机理，为提高可见光响应奠定了理论基础，设计了背沟道修饰pn异质结的光电突触TFT，有效耦合了三端器件的栅压调控和两端器件的内建电场调控功能，兼具高光电响应、易集成、低功耗等优势。 　　近期，该团队携手福州大学教授张海忠团队，设计了基于InP量子点/InSnZnO的光电TFT的仿生视觉传感器，将氧化物半导体优异的电传输特性和InP量子点良好的宽光谱响应特性有机结合，使器件具有优异的栅极可控性和可见光响应特性，通过简单控制栅极偏置实现初始状态的调控，仿生模拟了人眼暗视和明视环境下适应功能的切换。该工作构建的TFT阵列在感知红绿蓝三原色字母时均表现出逼真的环境自适应特征。此外，基于该光电传感阵列的三层衍射神经网络用于手写数字识别模拟，准确率可达93%。该研究为开发环境适应性人工视觉系统开辟了新途径，并对神经形态光电子器件的研发具有启发性意义。 　　相关研究成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials，DOI: 10.1002/adfm.202305959)上。研究工作得到国家自然科学基金和宁波市重大科技攻关项目等的支持。人眼明暗适应过程与氧化物光电薄膜晶体管光电流变化过程的类比演

近日，上海微系统所传感技术国家重点实验室采用微纳加工技术制备了一种基于氮空位（NV）色心的微型光电一体化集成钻石量子磁传感器。相关研究成果于2022年5月9日以“Amicrofabricatedfiber-integrated diamond magnetometer with ensemble nitrogen-vacancy centers”为题发表在当期的Applied Physics Letters上。 钻石，不仅可以作为珠宝装饰品，更是具有极高研究价值的新型量子材料。氮空位缺陷——NV色心，是钻石晶体结构中最常见的点缺陷，由氮原子取代碳原子和相邻空穴而形成，利用其在磁场中的量子顺磁共振效应及荧光辐射特性可以进行精密磁测量。NV色心在常温下也具有稳定的量子态，可以在非制冷的室温下工作。同时，钻石量子磁传感器以其高空间分辨率、高灵敏度、高生物兼容性等技术优势，在近场微观磁共振、磁异常探测、生命科学等领域具有重要的应用前景。 小型化、集成化、便携化是钻石量子传感器取得实际应用的重要条件。该团队基于晶圆级微机电工艺平台，利用标准微纳加工技术，制备出钻石量子磁传感器的核心——钻石芯片。芯片内部集成了微波辐射结构，实现了原位微波量子态操控。采用金属热压键合技术实现了钻石单晶与硅晶圆的异质集成，确保了机械稳定性。钻石芯片耦合带有梯度变化折射率透镜的光纤模块，实现了“光进光出”的工作模式，大大缩小了探头尺寸，实现了钻石磁强计探头的高集成度。并进一步指出，采用双频共振技术可以同时进行磁场和温度场的同步实时测量，不仅通过温漂抑制提高了磁场测量的信噪比，还确保了传感器的温度稳定性。 该团队提出的制备工艺可以在晶圆级进行拓展，具有批量化制备的潜力，为建立高一致性、高灵敏度的可穿戴传感器阵列提供了可能性。目前钻石量子磁传感器整体尺寸仅有20×15×1.5 mm3，灵敏度达到2.03nT/√Hz。同时，该钻石磁传感器可以对小于0.5 mm（甚至更小）的目标区域进行近距离测量，具有在心磁、脑磁等弱磁信号探测场景的应用潜力，为后续实用化的可穿戴生物磁传感器提供了良好的研究基础。 该论文的第一作者单位和通讯单位为中科院上海微系统所，第一作者为博士研究生谢非，通讯作者为武震宇研究员和陈浩副研究员。该工作得到中国科学院战略性先导科技专项（XDC07030200）、国家重点研发计划（2021YFB3202500）、中科院科研仪器装备研制（YJKYYQ20190026）等项目的支持。 论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0089732

新一代MEMS传感器将为智能手机、消费类智能产品、医疗保健和零售终端在性能和功能方面带来又一次飞跃。 　　MEMS技术是强大的运动、环境等微型传感器的基石，这些传感器为当今的智能手机和可穿戴设备提供了直观的情境感知功能。现在，意法半导体的新一代MEMS技术将传感器性能提升到了新的高度，超越了现有市售产品在输出精度和功耗方面的技术限制。新一代MEMS传感器可以为活动检测、室内导航和精密工业传感等应用提供业界最高的精度。同时，它们还可以保持较低的功耗以延长运行时间。 　　部分MEMS产品具有的额外功能包括意法半导体的机器学习内核(MLC)和静电传感。MLC为以极低功耗运行的边缘应用带来了自适应的机器学习功能。电荷变化(QVAR)感应通道通过智能手表或健身手环中与身体接触或非接触式感应(雷达)来监测静电电荷的变化。带有QVAR的意法半导体MEMS传感器可以增强用户界面控制，以确保无缝交互，或简化湿度和冷凝检测。雷达模式应用包括人员存在检测、活动监控以及人员计数。 　　意法半导体MEMS营销总监Simone Ferri表示：“开创性的新一代产品基于意法半导体在MEMS专业知识和工艺技术方面的广泛投入和历史积累。除了彻底革新传感器的性能，我们还通过可选的静电传感和机器学习来进一步扩展它们的功能。由此提供了为Onlife时代做好准备的新一代MEMS传感器，通过始终存在、始终在线以及始终连接，使智能生活更透明、更顺畅。” 　　此次推出的新一代传感器包括LPS22DF和LPS28DFW(防水)大气压力传感器，其工作电流为1.7 µA，绝对压力精度为0.5 hPa。LPS28DFW具有双满量程功能，能够在水下和水上提供精确的垂直定位。其满量程范围可选择最大1260 hPa或4060 hPa，相当于约30 m深度处的水压。这两款传感器可以提高便携式设备和可穿戴设备(包括运动手表)的高度计和气压计性能。典型的工业应用包括天气监测和精确水深传感等。 　　新款三轴MEMS加速度计LIS2DU12，专门用于构建具有主动抗混叠功能的超低功耗架构。其抗混叠滤波器的电流消耗是市场上较低的。LIS2DU12在100 Hz输出数据速率(ODR)下电流消耗仅3.5 µA，也是第一款带I3C接口的市售MEMS加速度计。所有这些功能都集成在最小的2.0 mm x 2.0 mm x 0.74 mm封装中。这款加速度计非常适用于可穿戴设备、助听器、真无线立体声(TWS)耳机、无线传感器节点以及任何必须进行系统优化的应用。 　　新款6轴iNEMO惯性模块LSM6DSV16X包含QVAR静电传感，以及MLC和有限状态机(FSM)，可增强响应并节省电源，其工作电流可低至12 µA。新的FSM可实现自适应自配置(ASC)，由此，该6轴MEMS器件可以感知情境，并在不唤醒系统的情况下自行重新配置，从而实现显著的额外节能效果。这款产品即将投入量产，已在一种静电雷达应用中进行了演示，用于用户检测以加速唤醒笔记本电脑。 　　新款压力传感器LPS22DF提供2.0 mm x 2.0 mm x 0.73 mm 10-lead LGA封装(eStore有售)，LPS28DFW提供2.8 mm x 2.8 mm x 1.95 mm 7-lead LGA封装(eStore提供免费送样)，这两款产品目前已在量产，可通过分销商采购，售价1.90美元起。LIS2DU12和LSM6DSV16X计划于2022年晚些时候推出。

第十一届全国化学传感器学术会议第三轮通知 　　各位参会代表： 　　2011年是国际化学年。好消息!金秋时节，由中国仪器仪表学会分析仪器分会化学传感器专业委员会主办，湖南大学、上海师范大学和江苏江分电分析仪器有限公司联合承办的2011年第十一届全国化学传感器学术会议定于10月22-25日在湖南长沙市芙蓉华天大酒店召开。现将有关与会的具体安排通知如下： 　　一、大会学术安排 　　10月22日：全天报到 　　10月23日：大会开幕式，大会报告 　　10月24日：大会报告，闭幕式 　　10月25日：代表离会或参加考察 　　二、大会报告安排 　　1、陈洪渊 院士 南京大学 细胞图案化与细胞传感研究 　　2、张玉奎 院士 中科院大连化学物理研究所 色谱分离与蛋白质组学的最新研究进展 　　3、庄乾坤 国家自然科学基金委员会 (NSFC) 国家自然基金委分析化学学科发展战略与项目资助情况 　　4、杨秀荣 中科院长春应用化学研究所 双偏振干涉测量技术研究生物分子相互作用：基于功能化脱氧核酸实时无标检测小分子 　　5、周飞艨 加利福尼亚州州立大学洛杉矶分校,中南大学电化学和光谱学方法用于生命体系中动态过程研究 　　6、王柯敏 湖南大学 基于氧化石墨烯的DNA聚合酶检测新方法 　　7、周道民、章宗穰 美国Second-Sight公司，上海师范大学 生物医学植入器件的刺激电极和传感电极 　　8、陶农建 Arizona State University，USA Plasmonic-Based Electrochemical Current and Impedance Imaging and Applications 　　9、鞠熀先 南京大学 纳米生物传感新策略 　　10、钟传健 State University of New York at Binghamton Biomolecular Recognition with Functional Nanoprobes 　　11、庞代文 武汉大学 量子点标记多靶单病毒示踪研究流感病毒侵染动态过程 　　12、谭蔚泓 湖南大学 生物传感的基石：分子识别 　　三、会务安排 　　1. 报到 　　报到时间：10月22日8:00—22:00， 会议代表在报到处确认注册后，领取代表证、会议指南、论文集、就餐券、纪念品等。 　　报到地点：芙蓉华天大酒店，地址：长沙市湖南省 芙蓉区五一大道176号 　　电话：(0731)84401888。 　　2. 住宿 　　会议期间与会人员住宿费用自理，住宿费标准：芙蓉华天大酒店单人间，标准间：268元/间 银河大酒店双标间：160元/天，豪华双标：200元/天。 　　四、会议注册 　　与会代表的食宿统一安排，差旅、住宿费用自理。注册费包括资料费、会务费和餐费等，报到时以现金交付。会议代表每位900元(在读研究生代表每位600元，注册时请出示学生证件)。 　　五、会议日程安排 　　请见本通知附件及会议网站，如有疏漏、问题或希望调整，望及时反馈，谢谢! 　　六、会议联系方式 　　会议主页(http://huiyi114.cn) 　　联系人：吴海龙 庞新宇 　　联系方式：0731-88821848 传真：073188821848 　　E-mail：cbsc@hnu.edu.cn 　　七、会议考察 　　会议协助旅行社安排三条考察线路，费用自理。 　　八、友情提示 　　1. 由于参会代表较多，会务组无法安排接送，对此我们深表歉意。 　　2. 提供交通信息如下： 　　(1)、从火车站乘坐 113路(或 7, 118, 104, 105, 111, 117, 12), 乘2站在 曙光路口站 下车 或沿五一路步行约10分钟 　　(2)、从高铁火车站乘148路公交车至终点火车站，乘坐 113路(或 7, 118, 104, 105, 111, 117, 12), 乘2站在 曙光路口站 下车 或沿五一路步行约10分钟 打出租车约25-30元。 　　(3)、从机场乘坐机场大巴到终点站：民航大酒店，步行横穿五一路人行通道即到。打出租车约70元。 　　中国分析仪器学会化学传感器专业委员会 　　第十一届全国化学传感器学术会议组委会 　　2011年10月 10日 第十一届全国化学传感器学术会议 会 议 程 序 初 步 安 排 2011年10月22日 星期六 全天 报到注册 时间 内容 地点 08:00-22:00 注册 芙蓉华天大酒店 18:30- 晚餐 (自助餐) 21:00- 学术委员会会议 2011年10月23日 星期天 上午 时间 内容 地点 07:00- 早餐 08:20-08:50 会议开幕式 主持人：章宗穰 芙蓉华天大酒店---华天全厅 08:50-09:20 合影酒店正门前 主持人：杨秀荣、王柯敏 时间 类型 报告人 单位 报告题目 09:20-09:45 PL1 陈洪渊 院士 南京大学 细胞图案化与细胞传感研究 09:45-10:10 PL2 张玉奎 院士 中科院大连化学物理研究所 色谱分离与蛋白质组学的最新研究进展 10:10-10:35 PL3 庄乾坤 国家自然科学基金委员会 (NSFC) 国家自然基金委分析化学学科发展战略与项目资助情况 10:35-11:00 PL4 杨秀荣 中科院长春应用化学研究所 双偏振干涉测量技术研究生物分子相互作用：基于功能化脱氧核酸实时无标检测小分子 11:00-11:25 PL5 周飞艨 加利福尼亚州州立大学洛杉矶分校,中南大学 电化学和光谱学方法进行生命体系中的动态过程研究 11:25-11:50 PL6 王柯敏 湖南大学 基于氧化石墨烯的DNA聚合酶检测新方法 11:50-12:15 PL7 周道民、章宗穰 美国Second- Sight公司，上海师范大学 生物医学植入器件的刺激电极和传感电极 12:10- 午餐 (自助餐) 14:00-18:00 报展 I （尺寸为 高120厘米、宽90厘米） 2011年10月23日 星期天 下午 第一分会场： 主持人：李根喜、于聪 时间 类型 报告人 单位 报告题目 14:00-14:20 IL1 李根喜 南京大学 基于蛋白质电化学研制的若干生物传感器 14:20-14:40 IL2 于 聪 中国科学院长春应用化学研究所 核酸诱导的小分子探针的集聚及自组装 14:40-15:00 IL3 郑建斌 西北大学 生物电化学与生物传感器的研究 15:00-15:20 IL4 王进义 西北农林科技大学 微流控芯片细胞分析 15:20-15:30 OP1 贾能勤 上海师范大学 基于有序介孔材料的生物传感应用 15:30-15:40 OP2 李钟卉 南京大学 基于蛋白质芯片的雌激素受体药物多靶点筛选方法 15:40-15:50 OP3 赵伟洁 浙江大学 基于多孔硅光子晶体的微流控体系实现细胞的实时非标记分析 15:50-16:00 OP4 赖国松 湖北师范学院 基于银沉积电化学溶出分析的高灵敏多通道免疫传感 16:00-16:10 茶歇 主持人：叶邦策、袁若 时间 类型 报告人 单位 报告题目 16:10-16:30 IL5 袁 若 西南大学 电化学蛋白质生物传感器的研究 16:30-16:50 IL6 叶邦策 华东理工大学 生物纳米传感器设计及在生化分析中的应用 16:50-17:10 IL7 胡乃非 北京师范大学 可开关的生物电催化与生物传感 17:10-17:20 OP5 董俊萍 上海大学 基于硅钼酸柱撑水滑石复合材料的电化学传感器研究 17:20-17:30 OP6 李珏瑜 浙江大学 HA修饰对细胞捕获的影响 17:30-17:40 OP7 甘 峰 中山大学 基于镍纳米线的过氧化氢传感器的研究 17:40-17:50 OP8 汪庆祥 漳州师范学院 基于一步电沉积壳聚糖-ZrO2-CeO2复合膜的DNA电化学传感器 17:50-18:00 OP9 陈建平 漳州师范学院 基于富勒烯衍生物修饰玻碳电极的电化学免疫传感器 18:00-18:10 OP10 李周敏 南京大学 基于纳米银生物探针的IgE可视化检测方法的研究 第二分会场： 主持人：由天艳、朱俊杰 时间 类型 报告人 单位 报告题目 14:00-14:20 IL8 朱俊杰 南京大学 量子点功能化与电化学生物传感 14:20-14:40 IL9 蒋兴宇 国家纳米科学中心 基于微纳尺度技术传感器的应用研究 14:40-15:00 IL10 许丹科 南京大学 生物微阵列芯片检测新方法的研究 15:00:15:20 IL11 由天艳 中国科学院长春应用化学研究所 电纺碳纳米纤维及其复合材料在电分析化学中的应用 15:20-15:30 OP11 刘清君 浙江大学 中华蜜蜂化学感受蛋白阻抗传感器的研究 15:30-15:40 OP12 孙兆辉 华侨大学 基于石墨烯增敏的印迹电化学传感器的制备 15:40-15:50 OP13 荆 莉 华东师范大学 基于链接反应的碳纳米管功能化及其应用 15:50-16:00 OP14 曹 忠 长沙理工大学 钆掺杂纳米二氧化钛修饰平板金电极测定火腿肠中微量亚硝酸根 16:00-16:10 茶歇 主持人：施国跃、王坤 时间 类型 报告人 单位 报告题目 16:10-16:30 IL12 牛 利 中国科学院长春应用化学研究所 石墨烯纳米组分电化学传感器应用 16:30-16:50 IL13 王 坤 江苏大学 基于介孔TiO2修饰电极实现多巴胺的选择性测定 16:50-17:10 IL14 施国跃 华东师范大学 新型复合纳米材料的电催化行为研究及其在活体分析中的应用 17:10-17:20 OP15 吴 硕 大连理工大学 虾中4-己基间苯二酚的高灵敏电化学检测 17:20-17:30 OP16 崔 亮 厦门大学 基于变构探针设计的荧光偏振技术用于小分子的高灵敏检测 17:30-17:40 OP17 彭 晖 华东师范大学 PEDOT修饰的微通道硅电极用于多巴胺、抗坏血酸及尿酸的同时测定 17:40-17:50 OP18 孙芳洁 大连理工大学 基于YSZ和Au敏感电极的混合电位型NO2传感器的特性 17:50-18:00 OP19 赵 路 南京师范大学 氯霉素复合分子印迹膜的制备及电化学研究 18:00-18:10 OP20 羊小海 湖南大学 一种基于G四聚体自身猝灭能力的新型单标记DNA探针用于Hg2+及半胱氨酸的检测 第三分会场： 地址： 主持人：杨黄浩、屠一锋 时间 类型 报告人 单位 报告题目 14:00-14:20 IL15 王振新 中国科学院长春应用化学研究所 功能化金纳米粒子的合成与应用 14:20-14:40 IL16 何治柯 武汉大学 规模合成水溶性低毒量子点用于疾病诊断及可视化检测 14:40-15:00 IL17 杨黄浩 福州大学 基于切刻内切酶的荧光型核酸适体传感器用于放大检测蛋白质 15:00-15:20 IL18 屠一锋 苏州大学 基于纳米增敏电化学发光的氧传感技术 15:20-15:30 OP21 姜大为 华东师范大学 氮掺杂二氧化钛/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能的研究 15:30-15:40 OP22 王 颖 南京大学 一种新颖的基于银纳米粒子荧光增强的适配体传感器 15:40-15:50 OP23 张 妍 福州大学 多壁碳纳米管表面茶碱印迹材料的制备与吸附性能 15:50-16:00 OP24 代 昭 天津工业大学 固相有机合成对基于无机纳米材料的荧光DNA探针微结构的控制作用 16:00-16:10 茶歇 主持人：冯锋、赵睿 时间 类型 报告人 单位 报告题目 16:10-16:30 IL19 赵 睿 中国科学院化学研究所 以石英晶体微天平研究尿液中三聚氰胺与三聚氰酸层层自组装相互作用 16:30-16:50 IL20 徐静娟 南京大学 新型电致化学发光生物传感器研究 16:50-17:10 IL21 冯 锋 山西大同大学 基于表面等离子体共振技术用鸡蛋黄抗体IgY测定转铁蛋白 17:10-17:20 OP25 姜 晖 东南大学 CdSe纳米颗粒的电化学发光动力学及其检测应用 17:20-17:30 OP26 李 慧 南京大学 聚合纳米银荧光探针检测人IgE的新方法 17:30-17:40 OP27 李 娟 福州大学 以氧化石墨烯为平台研究多肽和蛋白质的相互作用 17:40-17:50 OP28 王 荣 上海师范大学 基于TPAA载体的Fe3+离子选择性电极研究 17:50-18:00 OP29 陈荣生 武汉科技大学 核壳结构TiO2/C纳米纤维阵列的制备、微观结构及电化学行为 18:00-18:10 OP30 杨海峰 上海师范大学 钯纳米粒子修饰电极对过氧化氢电催化性能研究 时间 内容 地点 14:00-18:00 报展 I （尺寸为 高120厘米、宽90厘米） 18:30-20:00 欢迎晚宴 20:30- 专业委员会和刊物编委会联席会议 2011年10月24日 星期一 上午 时间 内容 地点 07:00- 早餐 8:00-12:00 报展 II （尺寸为 高120厘米、宽90厘米） 第一分会场： 地址： 主持人：双少敏、张文 时间 类型 报告人 单位 报告题目 08:00-08:20 IL22 张 文 华东师范大学 双酶传感器对大鼠血清与腹腔巨噬细胞内葡萄糖和胆固醇的同时检测 08:20-08:40 IL23 双少敏 山西大学 基于酶固定的新型抗坏血酸传感器的研究 08:40-09:00 IL24 王利兵 湖南出入境检验检疫局 一种测定双酚A的弛豫开关免疫传感器09:00-09:20 IL25 王升富 湖北大学 电化学生物传感器用于Fenton反应产生羟自由基对蛋白质损伤的监测研究 09:20-09:30 OP31 刘文娟 山西大学 基于酶固定的新型抗坏血酸传感器的研究 09:30-09:40 OP32 韩根亮 甘肃省科学院传感技术研究所 碳纳米管增强的谷氨酸生物传感器 09:40-09:50 OP33 艾仕云 山东农业大学 基于石墨烯-纳米金-锁核酸修饰的分子信标及酶催化放大反应的电化学microRNA传感器的设计 09:50-10:00 OP34 李 臻 浙江大学 用于微生物快速检测的微通道免疫分析芯片 10:00-10:10 茶歇 主持人：夏兴华、何品刚 时间 类型 报告人 单位 报告题目 10:10-10:30 IL26 夏兴华 南京大学 生物分子的界面行为及生物传感 10:30-10:50 IL27 杨小弟 南京理工大学 石墨烯和碳纳米管修饰电极间接测定生物体液中的铝 10:50-11:10 IL28 何品刚 华东师范大学 基于重氮功能化直立碳纳米管阵列的核酸适配体传感器的制备及其应用于凝血酶的检测 11:10-11:20 OP35 丁应涛 漳州师范学院 基于靛蓝胭脂红为杂交指示剂的高选择性电化学DNA传感器 11:20-11:30 OP36 胡涌刚 华中农业大学 伪狂犬病毒抗体磁性免疫传感器的研制 11:30-11:40 OP37 刘志敏 河南工业大学 基于石墨烯-纳米金复合物的乙酰胆碱酯酶生物传感器于马拉硫磷的测定 11:40-11:50 OP38 高峰 安徽师范大学 A DNA Sensor Based on FRET between Fluorescent Silica Nanoparticles and Gold Nanoparticles 11:50-12:00 OP39 张旋 漳州师范学院 空心球状CeO2–ZrO2–壳聚糖在金电极表面的一步电沉积及DNA传感分析应用 12:00-12:10 OP40 嵇海宁等 湖南大学 基于纳米金颗粒增强/猝灭荧光效应的多目标物检测及其逻辑门操作 第二分会场： 地址： 主持人：刘松琴、李景虹 时间 类型 报告人 单位 报告题目 08:00-08:20 IL29 李景虹 清华大学 石墨烯的电化学传感器研究 08:20-08:40 IL30 刘松琴 东南大学 掺氮碳空心微球制备及其电催化性质 08:40-09:00 IL31 胡文平 中国科学院化学研究所 自组装纳米材料与纳米器件/分子器件的研究？ 09:00-09:20 IL32 宋世平 中国科学院上海应用物理研究所 生物传感器与生物芯片在现代分子诊断学中的应用？ 09:20-09:30 OP41 陈旭 北京化工大学 新型石墨纳米材料修饰电极电化学生物传感研究 09:30-09:40 OP42 何婧琳 长沙理工大学 结合金纳米的层层自组装膜用于致癌基因c-myc蛋白的检测 09:40-09:50 OP43 丁亚平 上海大学 基于石墨烯氧化钴萘酚膜修饰玻碳电极的L-色氨酸电流型传感器 09:50-10:00 OP44 杨园园 西南大学 基于聚甲基丙烯酸-聚咔唑杂化型分子印迹聚合物的手性电化学传感器 10:00-10:10 茶歇 主持人：杜丹、杨荣华 时间 类型 报告人 单位 报告题目 10:10-10:30 IL33 杨荣华 湖南大学 茎部可控核酸探针设计策略 10:30-10:50 IL34 徐国宝 中国科学院长春应用化学研究所 三联吡啶钌电化学发光免疫分析和核酸测定？ 10:50-11:10 IL35 杜丹 华中师范大学 磷化蛋白phospho-p5315的电化学免疫传感器 11:10-11:20 OP45 龚静鸣 华中师范大学 纳米增效型固相提取剂在典型环境污染物的净化和电化学检测中的应用 11:20-11:30 OP46 华亮 上海师范大学 碳纳米管复合材料修饰电极对芦丁和抗坏血酸的同时检测 11:30-11:40 OP47 王海霞 山西大学 基于β-环糊精接枝的磁性纳米共聚物修饰电极对色氨酸的化学传感器研究 11:40-11:50 OP48 费俊杰 湘潭大学 葡萄糖氧化酶在-环糊精共价键修饰SWCNTs/CTAB复合膜中的直接电化学及电催化 11:50-12:00 OP49 亓秀娟 福州大学 一种简单、快速、高灵敏检测痕量铜离子传感器的研制 12:00-12:10 OP50 马嘉悦等 湖南大学 基于大孔/中空碳球修饰玻碳电极的硝基苯高灵敏电化学传感研究 第三分会场： 地址： 主持人：杨朝勇、赵书林 时间 类型 报告人 单位 报告题目 08:00-08:20 IL36 杨朝勇 厦门大学 An Agarose DropletMicrofluidic Approach for Highly Efficient Single Molecule mplification and Its Application to Aptamer Selection 08:20-08:40 IL37 赵书林 广西师范大学 基于CdTe/CdS量子点与金纳米粒子的荧光共振能量转移测定三聚氰胺 08:40-09:00 IL38 肖丹 四川大学 金纳米颗粒的绿色制备及其在生物传感器中的应用 09:00-09:20 IL39 李向军 中国科学院研究生院 表面等离子共振法研究β淀粉样蛋白和金属离子相互作用 09:20-09:30 OP51 秦利霞 华东理工大学 CdTe/ZnS 量子点的表面修饰及在细胞中的应用 09:30-09:40 OP52 徐章润 东北大学 PDMS气动喷射混合器用于微流控芯片量子点合成 09:40-09:50 OP53 卢丽敏 江西农业大学 基于电聚合荧光素的高灵敏度和高选择性亚硝酸盐电化学传感器的研究 09:50-10:00 OP54 张海娟 浙江大学 基于离子液体修饰的多孔硅光学气体传感器 10:00-10:10 茶歇 主持人：谢青季、卢小泉 时间 类型 报告人 单位 报告题目 10:10-10:30 IL40 卢小泉 西北师范大学 Photoelectrochemical Study Based On The Functionalized-Metalporphyrin 10:30–10:50 IL41 谢青季 湖南师范大学 生物传感和生物燃料电池研究 10:50-11:10 IL42 徐景坤 江西科技师范学院 基于导电高分子复合材料的抗坏血酸氧化酶电化学生物传感器的开发和农业应用 11:10-11:20 OP55 汪海燕 华东理工大学 基于纳米通道传感技术对老年痴呆症致病蛋白的结构特性研究 11:20-11:30 OP56 马 巍 华东理工大学 选择性识别糖-蛋白作用的荧光传感器 11:30-11:40 OP57 余 刚 湖南大学 交流电沉积自组装金铂和金钯合金纳米线及传感性能 11:40-11:50 OP5, 8 邬建敏 浙江大学 基于多孔硅的光学传感器研究 11:50-12:00 OP59 魏广芬 山东工商学院 基于压缩传感的气体传感器检测技术新框架 12:00-12:10 OP60 张晓兵 湖南大学 新型荧光化学生物探针研究 12:10- 午餐(自助餐) 时间 内容 地点 8:00-12:00 报展II （尺寸为 高120厘米、宽90厘米） 2011年10月24日 星期一 下午 主持人：谭蔚泓、鞠熀先 时间 类型 报告人 单位 报告题目 15:00-15:25 PL8 陶农建 Arizona State University，USA Plasmonic-Based Electrochemical Current and Impedance Imaging and Applications 15:25-15:50 PL9 鞠熀先 南京大学 纳米生物传感新策略 15:50-16:15 PL10 钟传健 State University of New York at Binghamton Biomolecular Recognition with Functional Nanoprobes 16:15-16:40 PL11 庞代文 武汉大学 量子点标记多靶单病毒示踪研究流感病毒侵染动态过程 16:40-17:05 PL12 谭蔚泓 湖南大学 生物传感的基石：分子识别 17:05-18:00 会议闭幕式 主持人：吴海龙 总结、颁奖、下一届代表发言 18:30- 晚餐 (自助餐) 2011年10月25日 星期二 全天 时间 内容 地点 06:20- 早餐 市外考察： 7:00 出发 选项 项目 备注1.市外考察I 韶山 (1天) 详见会议网站 2.市外考察II 凤凰 (2天) 详见会议网站 3.市外考察III 张家界 (3天) 详见会议网站 4.市内考察 长沙市内 附件：报展目录.doc

日本东京大学科学家利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后，将其附着在目标金丝上，然后用高速氦离子束轰击薄膜，这样就弹出了硼原子，形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位，它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近，传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时，研究人员测量每个点的磁场，发现磁场的测量值与模拟值非常接近，这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下，研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化，从而检测到局部磁场和电流。此外，氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上，这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如，传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。(a)六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位可充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器，对磁场敏感，就像一个纳米“磁针”。(b)量子传感器纳米阵列的光致发光可反应磁场的变化。图片来源：东京大学研究团队

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一、燃气表行业背景分析近年来，我国加快推进“煤改气”工程建设，天然气已经成为我国现代清洁能源体系的主体能源之一。到2020年，天然气在一次能源消费结构中的占比力争达到10%左右，到 2030 年，占比提高到15%左右。在这些燃气迅速发展的利好消息促进下，燃气计量行业将迎来巨大的发展契机。膜式燃气表因其技术成熟、质量稳定和价格低廉等优点，在我国城市燃气发展中得到广泛应用，随着计算机和微电子技术的发展，膜式表也逐步实现了智能化，目前在燃气计量行业仍然占据着主导地位。但膜式燃气表结构复杂、易磨损、易受管道介质温度压力等客观因素的影响，导致测量精度降低。热式（MEMS）燃气表是利用热传递原理测量燃气标准状况下流量的一种新型燃气计量器具，采用全电子结构，无机械运转部件，体积小、精度高。虽然可以针对特定天然气组分进行修正，但是从原理上还是易受多种不同气体组分影响，温度的影响修正也相对复杂，同时长期的污染物沉积使得MEMS芯片响应变慢影响精度，使得其应用受到限制。超声波燃气表以其非接触测量、无可动部件、无压力损失、极高的计量精度和可结合更多的智能化应用等优势，引起国内外的高度重视，是近年来燃气计量领域的开发热点。 二、超声波燃气表的研究与应用现状其实早在上世纪九十年代，英国、德国等国的多家燃气公司已陆续开发了超声波燃气表。受当时超声波探头、计时芯片、电子技术等的因素限制，价格还是非常高昂，无法与传统膜式燃气表竞争。进入二十世纪后，超声波燃气表的关键部件价格大大降低，迎来了超声波燃气表的快速发展。日本东京燃气公司于2003年7月开展了超声波燃气表的各种现场测试，于2005年率先安装了5000台超声波燃气表至用户家中，在2008年全面使用超声波燃气表。目前国际上的超声波燃气表技术主要来源于松下、西门子等公司，他们在超声波领域深耕多年，从流道结构、软件算法、超声波换能器及模块到整机，都有着诸多专利。虽然国内现有多家燃气表公司已开始研发超声波燃气表，但是大多数厂家还是使用松下的超声波燃气表传感器方案，也就是购买松下的电路板和超声波探测器，自己配套外壳组装成超声波燃气表。这样的模式使得国内厂家生产的超声波燃气表价格偏高，市场推广受到限制。我国燃气表产业生态已经基本建立，因此积极开展自主知识产权、可以满足燃气表规范要求的超声波气体流量传感器的技术研究，对于打破国外技术垄断、促进我国燃气表转型升级发展具有重要意义。 三、超声波燃气表用气体流量传感器核心关键（1）超声波换能器的自主研制。目前满足超声波燃气表计量要求的核心部件的超声波换能器基本都是进口，价格占总成本的40%。国产化的难点是其带宽以及高低温特性，既要保证较长的测试距离提高测试分辨率、较高灵敏度提高信噪比，还需要考虑不同温度下的测试漂移。 （2）燃气表的性能和稳定性问题。超声波燃气表由于无机械部件，理论上稳定性较传统膜式表要高很多，但膜式表在国内多年的使用中，已广泛被燃气表公司和客户接受。超声波燃气表如何在稳定性上达到燃气表公司的需求，打消燃气表公司的顾虑，是超声波燃气表迈向市场化的非常重要的一关。（3）气体污染问题。与膜式燃气表一样，由于超声波燃气表的常年运行，燃气中的粉尘或杂质会附着在超声波换能器上，影响换能器对信号的接收敏感度，从而影响燃气表测量准确度。（4）气源适应性问题。天然气密度比空气小，信号也较空气小；不同密度的气体通过超声波换能器后，其信号的波形会很不稳定。超声波信号传输会受传播介质、环境（温度、湿度、压力）以及管道内反射等各种因素影响，接收到的超声波信号通常存在着波形变化、幅值变化。因此，家用波燃气表要想进入家庭，并广泛使用，对气源的适应性是需要克服的最重要一关。 四、超声波燃气表用气体流量传感器技术特点四方光电公司自2008年开展对超声波气体传感器的研究以来，通过在超声波换能器、时间计量芯片以及时差自动计算方法、流程成分同时感知等领域取得突破，特别是在超声波氧气流量传感器、超声波沼气流量计等领域实现了规模化生产应用，具有较好的技术和产业基础。针对家用燃气表需要的超宽量程比、宽温度范围、抗污能力、脉动气流测量等特殊要求，开发成功满足超声波燃气表用的超声波气体流量传感器。（1）“L”型流道结构设计。超声波燃气表用超声波气体流量传感器采用“L”型流道设计，包括腔体、进气口、出气口及两个超声波换能器，通过将气室腔体的横截面设置为圆形，将超声波信号在第一个换能器安装孔和第二换能器安装孔之间的传播路径设置为“L”型流道，如图1所示。 图1. 燃气表用超声波气体流量传感器结构原理图传统超声波燃气表气体流量计量气室的“W”型发射流道，“V”型对射单通单流道以及“N”型对射单通单流道，都是通过超声波在流道内产生一次或多次反射而形成的路径以增加超声波声程，间接增大了换能器的有效距离，从而获得更高测量精度。但其缺点是通过反射后探测器信号较弱，信噪比降低，对换能器的要求很高。因此造成成本也较高。采用“L”型流道、圆形横截面的超声波燃气模块，克服了现有超声波燃气表气体流量计量气室管道的横截面积较大，气室体积较大，成本较高的问题，以及两个超声波换能器之间传播距离较短，降低测量结果准确性的问题。同时，还避免了被测气体中的污染物污染超声波换能器，从而影响检测结果准确性的问题。（2）用双阈值过零检测与数据选择技术。以时差法超声波气体流量计为基础，采用双阈值过零检测与数据选择算法技术，区别于超声波自动增益控制法，不对信号进行处理，通过关联幅值与飞行时间周期变化的关系，根据幅值判断飞行时间是否发生周期性变化，从实际测量得到多个结束方波脉冲对应的时间值中选择合适的结果，作为最终的飞行时间，从而精确计算气体流量。（3）自动调零算法。燃气表在温度、压力等外部因素变化条件下，对超声信号产生一定的影响，从而影响计量的时间差；此产生的时间差变化，可能只有ns级别，对高端流量几乎没影响；但对于低端流量，特别是Qmin，影响非常大，造成测量精度超过标准要求。另外，燃气表在无流量情况下的零点，可能受到超声波换能器零点的漂移影响，产生整体计量的漂移，对低端流量造成较大的影响，这是低端流量精度和稳定性超标最重要的原因。针对超声波换能器的零点漂移问题，在软件算法上，采用自动调零的处理算法，超声波燃气表采用可调整的零点，并根据超声波换能器的信号波动特点，软件上自动调整超声波燃气表的零点，保证在外部因素或内部因素作用下，超声波燃气表的零点随环境变化而适当做出调整，抵消由于零点漂移对低端流量产生的影响；同时，考虑电路整体对时间差值的影响，在软件算法上，补偿此部分对测量的影响。 五、超声波燃气表用气体流量传感器的应用基于专利的气体流量传感器硬件和软件核心技术，四方光电公司针对我国家用表以及五小工商户客户的需求，成功开发出超声波家用和商用燃气表。其核心传感器部件见图2：图2. 家用和商用超声波燃气表核心传感器部件解决核心燃气表气体流量传感器后，就可以利用以往具有的外壳、皮膜阀、电源管理等组装燃气表。图3是采用超声波核心流量传感器的G4燃气表。 图3. G4超声波燃气表(内置国产化核心流量传感器)根据燃气表的计量要求，进行了宽量程的燃气表误差特性以及耐久性实验。 图4. G4超声波燃气表典型误差曲线 图5. G4超声波燃气表耐久性误差曲线由于我国超声波燃气表的国家标准还处于征求意见稿阶段，因此借鉴了EN-14236欧洲有关“ultrasonic-domestic-gas-meters”标准进行完整的测试。除以上图示的基本试验，还进行了线性度、压损、高低温、交变湿热、耐粉尘、脉动流量等试验。试验表明基于超声波气体流量传感器核心模块的燃气表均满足燃气表的各项指标要求。作者简介熊友辉博士，教授级高工。中国科协九大代表、中国仪器仪表学会理事、分析仪器分会副理事长。主持过科技部重大科学仪器设备开发专项、工信部物联网专项、湖北省重大科技专项等多项国家和省市科技项目。现任武汉四方光电科技有限公司总经理。 公司简介武汉四方光电科技有限公司是一家专业从事气体传感器、气体分析仪器及物联网解决方案的国家高新技术企业，其全资子公司——四方仪器自控系统有限公司，以自主知识产权的核心传感器技术为依托，陆续推出了红外/紫外烟气分析仪、红外煤气分析仪、红外天然气热值仪、激光拉曼气体分析仪等气体成分分析仪器，并先后研制了超声波气体流量计、超声波燃气表核心传感器部件、智能超声波燃气表等燃气流量测量产品。四方光电通过了ISO9001、ISO14000、ISO18000、IATF16949等有关质量、环境、健康安全、汽车电子等体系认证，目前已与多家世界五百强企业建立长期配套合作关系。

赛多利斯新实验室天平Cubis是为那些需要最好的质量，但却不想多花不必要花费的操作者提供的。Cubis提供了最大的灵活度，来完成用户特定的任务。 　　所有实验室环境中都能得到最佳的操作结果 　　Q-向导。 三种不同的显示和控制单元可以覆盖所有的实验室应用，为天平的各种选项操作提供支持。人机交互的界面只显示用户手边需要的应用控制。 　　MSA显示控制单元是操作Cubis的最高端单元，它集中了最先进的技术和完美的人机交互界面。高分辨率的TFT显示和触摸屏为您特殊的称量过程要求提供了亮丽的显示和精致的操作界面。这是适应于例如制药行业等有着最严格要求的应用的最佳显示和控制单元。 　　MSU显示控制单元有着经典的风格和通用的能力。高分辨率的黑白图形化显示宽大，按键反应精确。一些仪器的操作者在执行任何简单或复杂的称量应用过程时，会希望键盘有着触感反馈，那这一款就是适合您的显示控制单元。 　　MSE显示控制单元提供直观的称量功能，并且能保证高等级的性能表现和最大的使用方便性。它带有高对比度背光LCD，直白的语言为您提供使用向导，有着精确反馈的键盘按逻辑顺序排列。对于那些希望得到最高可能的称量精度，但却不希望复杂的称量过程能力或数据管理的用户来说，这就是最理想的款式。 　　MSA和MSU显示控制单元是一个全新研发的产品，为特定的称量任务度身定做。一旦操作者设定了特定的任务，操作向导系统就开始工作。不相关的设置选项就不会再出现。这样，设置复杂的称量任务也就变得很简单。 　　Q-秤盘 偏离中心误差或者叫&ldquo 四角误差&rdquo 是指负载不在天平秤盘的中央。Cubis是第一个能够补偿这个误差的天平。在操作者需要以很快速度工作时，这是必然会发生的情况。而现在，这已经不再是问题了。 　　Q-水平 如果天平没有完全处于水平状态，称量精度就会受到很大的影响。Cubis可以自动检测到天平是否有所倾斜，并通过一个按键进行自我补偿。(这是一个可选功能，2009年5月起供应 可读性为10或100 mg的型号不提供。) 　　Cubis MSU和MSA型号标准配置安装有智能警报系统，可以立即检查到倾斜。显示屏幕可以为用户提供清晰的指示帮助用户调整水平 &ndash 甚至不需要检查天平的机械水平泡。 　　不可比拟的称量技术 　　Cubis有着各种不同的量程可供选择，最大12kg，可读性从0.01 mg 到 0.1 g不等，Cubis几乎覆盖了所有实验室需要的范围。Cubis系列天平使用了第二代超级单体传感器。此系统特别坚固，比起它的前一代来更为紧凑，并且首次使得上皿式全分辨率半微量天平的最大量程达到了220 g &ndash 这对一个空间有限的实验室来说是一个真正的实惠。 　　所有的Cubis型号都有着杰出的机械性能规格，可以得到不可比拟的快速结果。 　　最优化适应您的应用 　　MSA和 MSU型号符合赛多利斯APC(先进制药规范)的严格要求。APC(先进制药规范)是赛多利斯收集的一个性能要求包，它最优化的适应于制药行业的高要求，适用于质量管理系统。APC(先进制药规范)能无缝衔接到实验室过程中并提供最好的安全特性，包括智能用户/密码管理、警告功能和根据用户定义行为等级进行安全提醒等。(例如水平、最小允许样品量和全自动校正/调整。) 　　Q-通讯 在标准配置中包括三种数据接口，确保了完美的通讯。这三种接口是：执行网络服务的以太网(MSE型号中不含)USB PC 接口和一个用于连接赛多利斯附件/打印机的RS-232C接口。其它选件还包括蓝牙、9针的RS-232C PC接口和PS/2接口。 　　内置的SD卡读卡器(仅在MSA和MSU型号中提供)可以用于在不同天平或电脑之间传输称量数据、用户文件、任务配置和设定。 　　适应未来发展 　　每一个Cubis实验室天平的模块化设计使得它能够快速进行各模块的独立升级。赛多利斯可以为每个单独模块根据市场导向快速设计研发新品。这样，你才能够使您的Cubis实验室天平随时候拥有最先进的技术。产品在购买几年之后仍然是最顶级的，帮助您减少对新设备的投资。 　　 　　上海纳锘仪器有限公司 　　地址：上海市莲花南路1388弄8号楼碧恒广场1503室[201108] 　　电话：021-60900829，60900830，61131031,61131051 　　传真：021-61131052 　　E-Mail：info@nano-instru.com 　　-------------------------------------------------------------------------------- 　　浙江办事处 　　地址：浙江杭州莫干山路425号瑞祺大厦814室[204888] 　　电话：0571-81954578 　　传真：0571-81954579 　　E-Mail：sales@nano-instru.com 　　纳锘仪器--提供给您纳米级的专业细致服务!

p 　　量子技术为电子元件小型化开辟了新的途径。近日，德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(IAF)和马普固体研究所发布消息称，其科研人员共同研发出一种量子传感器，未来可用于测量微磁场，如硬盘磁场和人脑电波。 /p p 　　集成电路越来越复杂，目前一台奔腾处理器可容纳约3000万个晶体管，因而硬盘的磁性结构可识别的范围仅为10至20纳米，比直径为80至120纳米的流感病毒还小，该量级的尺寸规格只有量子物理技术可触及。新研发的量子传感器则可精确测量这类用在未来硬盘上的微小磁场。新型量子传感器仅有氮原子的大小，作为载体物质的是一种人造金刚石。金刚石具有很好的机械和化学稳定性以及超强的导热性能，可通过引入硼、磷等外来原子，将晶体制成半导体，且非常适用于光学电路。 /p p 　　IAF的研究人员在近几十年中研制并优化出用于生产金刚石的设备，一种专用的椭圆形等离子体反应堆模具。在800-900摄氏度的高温下，在金刚石底物上从导入甲烷气和氢气中可长出金刚石层，再将边长3-8mm的晶体从底物剥离并抛光，最后制造出具备量子物理用途的、仅含碳原子稳定同位素C12的超纯单晶金刚石晶体。所用的甲烷气经锆过滤器净化，氢气经其它手段净化。 /p p 　　研究人员制做磁场检测器有两种途径：直接植入单个氮原子，或在制造金刚石的最后一步加入氮。之后，在超净室内采用氧等离子体蚀刻法均可制作出类似于原子力显微镜的纤细金刚石尖。关键点是导入的氮原子以及晶格中的相邻空位。该氮空位中心就是实际的传感器，用激光和微波照射时会发光，发出的光可随附近磁场的强度变化而变化。专家们将这项创新与光学探测磁共振(ODMR)相提并论。 /p p 　　这种传感器不仅能准确检测到纳米级的磁场，还能确定其强度，应用潜力惊人。例如，可监控硬盘质量，检测出密集存储数据中的小错误和发现有缺陷的数据片段，在刻写和读取前即将其去除。因此，可减少随着小型化的加速而迅速增加的废料，降低生产成本。IAF的专家称，这种量子传感器还可用于测量很多微弱磁场，包括脑电波。与目前使用的脑电波传感器相比，不仅更准确，而且在室温下即可使用，无需经液氮冷却。 /p

日本东京大学科学家最近利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。（a）六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器，对磁场敏感，像一个纳米“磁针”。（b）量子传感器纳米阵列的光致发光。通过分析响应微波的光致发光强度的变化，研究人员可测量每个传感器点的磁场。图片来源：东京大学研究团队研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后，将其附着在目标金丝上，然后用高速氦离子束轰击薄膜，这样就弹出了硼原子，形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位，它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近，传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时，研究人员测量每个点的磁场，发现磁场的测量值与模拟值非常接近，这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下，研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化，从而检测到局部磁场和电流。此外，氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上，这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如，传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。

每种传感器技术的 QE 都不同，某种图像传感器达到 95% 的 QE。但是，它是由被检测光的波长和 半导体材料决定的。对于CCD、EMCCD、(em)ICCD 和sCMOS技术，在某些波长范围内可能达到 95% 的 QE，但可见光谱中近红色和紫外区域的光子具有较低的 QE，因此传感器的效率较低。为了改善这些区域的 QE，已经开发了Deep-depleted硅传感器和涂层传感器，从而增加了 QE。 　　大多数图像传感器都是由硅制成的。由于 QE 取决于材料，该元素的特性以及它如何与光相互作用非常重要。 　　在高纯度晶体形式中，相邻的硅原子彼此共价键合。打破这些键以产生电子/空穴对(~1.1 eV)需要大于带隙能量的能量。入射光的波长与光子吸收深度直接相关；波长越短，进入硅的深度越短。 　　Deep-depleted硅传感器比传统的硅传感器更厚 ，因此能够检测更长波长的光(即 700 nm，NIR)。NIR 光在硅中的穿透深度比典型的硅传感器更深，因此在没有深度耗尽的情况下，硅传感器对入射的 NIR 光有效透明。如下图所示，Deep-depleted硅传感器在 700 – 850 nm 范围内可提供 90% 的 QE，而传统硅传感器可提供 60% 的 QE。 为了进一步改善 QE，可以通过前照式或背照式设备来改变设备内传感器的方向。前照式设备的入射光通常通过并行寄存器的门进入传感器。这些栅极由非常薄的多晶硅组成，在长波长下相当透明，但在短于 400 nm 的波长下变得不透明。因此，在短波长下，栅极结构会衰减入射光。 　　如果硅传感器均匀变薄，图像可以聚焦在没有栅极结构的传感器后端。由于栅极结构没有光限制，背照式器件对光表现出高灵敏度，使 95% 的 QE 成为可能。采用前照式技术的图像传感器，入射光在撞击传感器之前必须穿过微透镜和金属线，从而降低了最大量子效率。背照式图像传感器的入射光首先会照射传感器，因此设备的 QE 不会降低。 InGaAs 传感器 　　只有当光子具有比材料的带隙能量更高或更短的波长时，半导体才会检测到光子。InGaAs 传感器是由 InAs 和 GaAs 的合金制成的半导体，传统的 InGaAs 传感器具有 x:1-x 的 InAs:GaAs 比率。由于 InGaAs不是天然存在的材料，因此必须在 InP 衬底上生长单晶。 　　InGaAs 传感器的带隙能量通常低于硅，这意味着它们能够检测更长的波长，例如短波红外 (SWIR) 区域 (900-1700 nm)。因此，InGaAs 摄像头在 950-1600 nm 区域内的 QE 80%。显示了典型 InGaAs 传感器的 QE 曲线。通过增加单晶内 InAs 的浓度，截止波长可以扩展到 2600 nm。 尽管 InGaAs 相机在 900 – 1700 nm 范围内具有高 QE，但远端波长截止会随着设备冷却而降低。每冷却 10 摄氏度，这通常会偏移 8 纳米。这意味着进入设备的光子吞吐量很重要，但是远端截止的这种转变可能是有利的，因为它允许传感器充当“可调”低通滤波器。 　　总结 　　QE 是衡量设备在将入射光子转换为电子方面的有效性的指标。不仅 QE波长取决于，它还取决于传感器材料。 　　如果能量高于半导体带隙能量，传感器将检测到入射光子。这就是为什么硅在 500-600 nm 之间具有 95% 的 QE，但对于较长的红外/较短的紫光波长具有较低的 QE，而 InGaAs 在 SWIR 范围(900-1700 nm)上具有高 QE，而不是可见区域或中红外波长范围( 1700 nm)。

近日，大连化学物理研究所生物技术研究部生物分离与界面分子机制研究组(1824组)卿光焱研究员团队设计并制备了一种用于汗液中钙离子传感的可持续、不溶性和手性光子纤维素纳米晶体贴片。该研究为纤维素纳米晶(CNC)的功能化研究提供了一种新思路。 　　在低碳循环经济的倡导下，CNC作为一种生物基材料被迅速地开发，在电子、生物塑料、能源等领域被广泛的应用，有望加速推进各领域的可持续发展。特别的是，CNC可以自发组织形成手性向列液晶结构，产生绚丽的光子结构色，这对可持续性光学和光学传感的发展非常重要。然而，此类材料在潮湿或液体环境中的功能失效，不可避免地损害了它们在生物医学、膜分离、环境监测和可穿戴设备中的发展。因此，通过简单有效的手段使得CNC在液体环境下稳定存在，并实现功能化的应用非常重要。本工作中，团队发展了一种制造不溶性CNC基水凝胶的简单且有效的方法，利用分子间氢键重构，热脱水使优化的CNC复合光子膜在水溶液中形成一个稳定的水凝胶网络。研究发现，该水凝胶在干湿状态之间可以可逆转换，便于进行特定的功能化处理。团队通过在液体环境下吸附溶胀引入功能化分子，得到了具有抗冻性(–20℃)、强粘附性、良好生物相容性、对Ca2+高灵敏度和高选择性感应的水凝胶。该工作有望促进利用可持续纤维素传感器监测其他代谢物(即葡萄糖、尿素和维生素等)的应用，并为在环境监测、膜分离和可穿戴设备中运行的数控水凝胶系统奠定了基础。 　　卿光焱团队长期致力于CNC手性功能化相关研究，开展了一系列工作：通过整合CNC自组装工艺和DMF溶剂中的紫外光引发的有机聚合，实现高性能光子材料的合成，从而增强CNC基复合材料的弹性变形概念(Small，2022)；将强手性的CNC系统与强发光的稀土配合物进行结合，制备出携带四种光学信息的手性光子复合膜(Adv. Funct. Mater，2022)等。 　　相关研究成果以“Sustainable, Insoluble, and Photonic Cellulose Nanocrystal Patches for Calcium Ion Sensing in Sweat”为题，于近日发表在Small上。该工作的第一作者是大连化学物理研究所1824组博士研究生李琼雅。上述工作得到国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划、大连化学物理研究所创新基金等项目的支持。

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长期以来，大规模可靠制备高性能有机电化学晶体管（organic electrochemical transistor，OECT）是领域内的瓶颈问题。相对于普通的薄膜晶体管，要实现高性能的 OECT，需要对器件进行严格封装和图案化，以尽量避免电解质和源漏电极的直接接触产生寄生电容，这直接导致了冗长的制备流程、高昂的制备成本等系列问题。另外，OECT 在稳定性和 N 型性能上亟需大幅提升，以契合产业化需求。近期，电子科技大学（以下简称“电子科大”）和美国西北大学等团队合作，设计了一种兼容低成本制备流程的新型垂直结构，实现了具有更小体积、更高跨导、更优循环特性的 OECT。具体来说，相对于传统平面结构，在相同面积下，实现了 N 型器件跨导 1000 余倍的提升（即实现相同跨导，器件面积可缩小 1000 余倍）；在低于 0.7V 的驱动电压下，实现了 5 万次以上的稳定循环。该研究解决了 OECT 在性能、集成度及稳定性方面的系列问题，为 OECT 的大规模可靠制备及应用拓展奠定了坚实的基础。审稿人对该论文评价道：“本文展示了基于 P 型和 N 型 OECT 垂直架构的有趣示例。结果是原始的、新颖的，同时 N 型和 P 型特性非常平衡且特别稳定。”图丨相关论文（来源：Nature）近日，相关论文以《用于互补电路的垂直有机电化学晶体管》（Vertical organic electrochemical transistors for complementary circuits）为题发表在 Nature 上[1]。电子科技大学自动化工程学院黄伟教授为该论文的共同一作兼通讯作者，程玉华教授、美国西北大学安东尼奥法切蒂（Antonio Facchetti）教授、托宾・J・马克斯（Tobin J. Marks）教授及郑丁研究助理教授为论文共同通讯作者。N 型 OECT 循环 5 万次仍无明显衰退此前，基于 N 型的 OECT 的循环稳定一般不会超过千次。该研究解决最重要的难题在于其性能异常稳定，特别是对于 N 型的 OECT，在低于 0.7V 的驱动电压条件下，垂直型 OECT 在循环 5 万次条件下仍无明显衰退。黄伟表示：“器件性能的数量级提升，对未来技术的产业转化奠定了良好的基础。”由于制备高性能的 OECT 程序比较繁复、制备时间长、制备成本也高，因此对相关设备的资金投入也会比较高。该工艺兼容了低成本溶液制备流程，不需要比较复杂的光刻工艺（包括干法和湿法刻蚀工艺），采用直接光照交联以及简单的金属掩模板蒸镀电极的方式，就可以实现比以前性能更优异的晶体管性能。特别是在单位面积的性能上，由于垂直堆叠结构的独特性，在占用同样面积的情况下，垂直结构的跨导对于 P 型 OECT 来说，比平面结构增加了十几倍；对于 N 型 OECT 来说，则有上千倍的增加。黄伟指出，量级的增加意味着如果想实现之前的 OECT 的性能，在体积上可以做得更小。因此，对于制备轻便且高度集成的传感器非常有优势。图丨新型垂直器件结构表征及其性能（来源：Nature）该研究源于黄伟在做有机电化学晶体管相关研究时，偶然发现的“反常现象”。有意思的是，当时该团队并不认为该种垂直堆叠结构的器件会工作，因此相关测试是作为原始参照组来进行的。一方面，对于有机电化学晶体管来说，需要离子完全渗入到半导体中，而垂直堆叠的结构中由于沟道完全被上电极覆盖，离子只能从边缘注入，这会导致离子传输路径受限，直观上掺杂难度极大。黄伟指出，一般来说，若电极直接设计在 OECT 的半导体上，其被离子掺杂后会导致明显的微观结构变化，因此必然对电极的接触造成损伤。前人做出的垂直结构在损失部分有效沟道的前提下，采用较为复杂的光刻手段将上电极固定。图丨新型垂直结构构建的垂直电路及其输出特性（来源：Nature）该研究由电子科大、美国西北大学、云南大学、浙江大学等多个团队共同完成，其中美国西北大学研究的重点方向是化学和材料，电子科大团队则偏重器件和测试方面。黄伟表示，器件结构设计得益于新材料的合成，其特点在于它能够同时导电子（空穴）及离子，也就是说，它的工作原理类似神经突触，电学信号转化为化学信号，然后再转为电学信号的器件。在课题组成员研究初期“不相信”的问题上，审稿人也提出了同样的疑问：这样的结构得到这么好的性能，真的是因为离子完全注入了沟道吗？为了回答离子注入的问题，该团队花了很多精力不断地设计对比实验，用新材料、新结构最终证明了该现象的正确性及普适性。有望应用于柔性电子、仿生传感、脑机接口等领域由于 OECT 具备良好的生物兼容性，因此有望应用于柔性电子、仿生传感、生物化学及电信号（包括脑机接口等）方向。一方面，它的工作原理类似神经突触，能模拟神经突触的传感功能，例如像人类皮肤那样能感受到温度、压力、湿度，以及探测到心电、脑电等人体信号等。该器件由于集成度高，相对于原来的平面结构，可在达到同样的性能的前提下缩小千倍，有利于在探测高精度的脑部活动或神经活动时避免/减小对组织的损伤。另一方面，由于它可以做得轻便、柔软，还可以拓展到仿生机器人对外界环境的传感，以及对生命健康的探测。黄伟认为，该技术可能最先应用在柔性仿生传感领域。此外，由于该器件和神经突触类似，其也有望应用于人工智能硬件。“它可以通过器件与器件之间相连，形成神经网络。这里的神经网络是基于模拟生物或生物的神经网络形成的网络硬件。”黄伟说道。下一步，该团队计划将器件的性能、稳定性进一步提升。目前阶段，课题组成员还没有系统地探讨它的柔性及可拉伸特性，他们希望未来能尽量往皮肤或器官上贴合。此外，他们将会把该新型器件与后端系统进行集成，形成小型、快速、准确的传感特色，进而实现低功耗柔性可拉伸的便携传感系统。从光学工程到自动化工程，致力于将研究成果进一步集成黄伟从南开大学物理学院本科毕业后，在电子科大光电科学与工程学院完成了博士阶段的学习（师从于军胜教授），期间前往美国西北大学联培，研究方向偏材料及器件。随后，黄伟在西北大学材料科学与工程中心进行了博后训练，并担任研究助理教授。随着研究的深入，他希望能够将研究成果进一步推广应用，形成传感设备、测试系统，以期实现研究成果的落地。因此，在西北大学进行博后研究和担任研究助理教授后，2021 年，他选择回到母校电子科大任教，加入自动化工程学院测试技术与仪器研究所。此前，黄伟与团队解决了柔性可拉伸性与传感信号输出稳定性同步提升的难题[2,3]。他们通过将先进柔性可拉伸场效应管制备技术与原位“传感与放大一体化”集成方法的融合，进一步结合复合互补电路与应力释放制备工艺，实现了在复杂应力条件下，针对关键生理参数的稳定传感信号输出。该课题组的主要研究方向集中在柔性仿生传感技术、有机电化学晶体管以及柔性可拉伸电子器件。一方面，在基础的元器件开发上，他们期望通过引入更多性能好的传感元器件，推进功耗、灵敏度方面的进展。另一方面，基于现有的元器件进一步地集成和驱动，朝着疾病诊断、健康管理等应用方向发展。在黄伟看来，做科研的关键品质之一是长期保持好奇心。因此，即便实验失败了，也好奇失败的具体原因。“科研工作者追求的并不是表面的结果，而是从现象背后的原理到应用都高保真的全过程。对科学问题的探索，我们要像挖金矿那样直到‘挖不动’为止。”他说。面对研究中失败的结果，黄伟也有一套自己的科学价值观。他表示，爱迪生在发明电灯泡时用了六千多种材料，尝试了七千多次才获得最后的成功。因此，即便有 1% 的希望，也要坚持和勇于尝试。此外，他还指出，由于个人的思想和经验非常局限，因此通过学科交叉定期地进行“头脑风暴”，可以从不同的视角提出新的创意，这也是目前工科发展的一大特色。参考资料：1.Huang, W., Chen, J., Yao, Y. et al. Vertical organic electrochemical transistors for complementary circuits. Nature 613, 496–502 (2023). 2.Chen, J., Huang, W., Zheng, D. et al. Highly stretchable organic electrochemical transistors with strain-resistant performance.Nature Materials 21, 564–571 (2022). 3.Yao,Y.,Huang,W.et,al.PNAS,118,44,e2111790118(2021).

p 　　要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。 /p p strong 1.电化学型气体传感器的结构 /strong /p p 　　电化学式气体传感器，主要利用两个电极间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。电化学式传感器采用恒电位电解方式和伽伐尼电池方式工作。有液体电解质和固体电解质，而液体电解质有分为电位型和电流型。电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量；电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。 /p p 　　电化学传感器有两电极和三电极结构，主要区别在于有无参比电极。两电极CO传感器没有参比电极，结构简单，易于设计和制造，成本较低适用于低浓度CO的检测和报警；三电极CO传感器引入参比电极，使传感器具有较大的量程和良好的精度，但参比电极的引入增加了制造工序和材料成本，所以三电极CO传感器的价格高于两电极CO传感器，主要用于工业领域。两电极电化学CO传感器主要由电极、电解液、电解液的保持材料、出去干涉气体的过滤材料、管脚等零部件组成。 /p p strong 2.电传感器工作原理 /strong /p p 　　电化学气体传感器是一种化学传感器，按照工作原理一般分为：a.在保持电极和电解质溶液的界面为某恒电位时，将气体直接氧化或还原，并将流过外电路的电流作为传感器的输出；b.将溶解于电解质溶液并离子化的气态物质的离子作用与离子电极，把由此产生的电动势作为传感器输出；c.将气体与电解质溶液反应而产生的电解电流作为传感器输出；d.不用电解质溶液，而用有机电解质、有机凝胶电解质、固体电解质、固体聚合物电解质等材料制作传感器。 /p p strong 表1 各种电化学式气体传感器的比较 /strong /p table cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" border=" 1" tbody tr class=" firstRow" td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 种类 /span /strong /p /td td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 现象 /span /strong /p /td td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 传感器材料 /span /strong /p /td td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 特点 /span /strong /p /td /tr tr td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 恒电位电解式 /span /strong /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电解电流 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 气体扩散电极，电解质水溶液 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 通过改变气体电极，电解质水溶液，电极电位等可测量CO、H sub 2 /sub S、HO sub 2 /sub 、SO sub 2 /sub 、HCl等 /span /p /td /tr tr td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 离子电极式 /span /strong /p /td td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电极电位变化 /span /p /td td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 离子选择电极，电解质水溶液，多孔聚四氟乙烯膜 /span /p /td td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 选择性好，可测量NH sub 3 /sub 、HCN、H sub 2 /sub S、SO sub 2 /sub 、CO sub 2 /sub 等气体 /span /p /td /tr tr td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电量式 /span /strong /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电解电流 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 贵金属正负电极，电解质水溶液，多孔聚四氟乙烯膜 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 选择性好，可测量Cl sub 2 /sub 、NH sub 3 /sub 、H sub 2 /sub S等 /span /p /td /tr tr td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 固体电解质式 /span /strong /p /td td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 测定电解质浓度差产生的电势 /span /p /td td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 固体电解质 /span /p /td td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 适合低浓度测量，需要基准气体，耗电，可测量CO sub 2 /sub sub 、 /sub NO sub 2 /sub 、H sub 2 /sub S等 /span /p /td /tr /tbody /table p 表1汇集了各类电化学气体传感器的种类、检测原理所用材料与特点。 /p p 2.1 恒电位电解式气体传感器 /p p 　　恒电位电解式气体传感器的原理是：使电极与电解质溶液的界面保持一定电位进行电解，通过改变其设定电位，有选择的使气体进行氧化或还原，从而能定量检测各种气体。对于特定气体来说，设定电位由其固有的氧化还原电位决定，但又随电解时作用电极的材质、电解质的种类不同而变化。电解电流和气体浓度之间的关系如下式表示： /p p 　　　　I=(nfADC)/ σ /p p 　　式中：I-电解电流；n-1mol气体产生的电子数；f-法拉第常数；A-气体扩散面积；D-扩散系数；C-电解质溶液中电解的气体浓度；σ-扩散层的厚度。 /p p 　　在统一传感器中，n、f、A、D及σ是一定的，电解电流与气体浓度成正比。 /p p 　　自20世纪50年代出现CIDK电极以来，控制电位电化学气体传感器在结构、性能和用途等方面都得到了很大的发展。20世纪70年代初，市场上就有了31检测器。有先后出现了CO、N sub x /sub O sub Y /sub （氮氧化物）、H sub 2 /sub S检测仪器等产品。这些气体传感器灵敏度是不同的，一般是H sub 2 /sub S& gt NO& gt NO sub b /sub & gt Sq& gt CO，响应时间一般为几秒至几十秒，大多数小于1min；他们的寿命相差很大，短的只有半年，有的CO监测仪实际寿命已近10年。影响这类传感器寿命的主要因素为：电极受淹、电解质干枯、电极催化剂晶体长大、催化剂中毒和传感器使用方法等。 /p p 　　以CO气体监测为例来说明这种传感器隔膜工作电极对比电极的结构和工作原理。在容器内的相对两壁，安置作用电极h’和对比电极，其内充满电解质溶液构成一密封结构。瓦在化田由极3g对冲由极AnljI进行恒定电位差而构成恒压电路。此时，作用电极和对比电极之间的电流是I，恒电位电解式气体传感器的基本构造根据此电流值就可知CO气体的浓度。这种方式的传感器可用于检测各种可燃性气体和毒气，如H sub 2 /sub S、NO、NO sub b /sub 、Sq、HCl、Cl sub 2 /sub 、PH sub 3 /sub 等，还能检测血液中的氧浓度。 /p p 2.2离子电极式气体传感器 /p p 　　离子电极式气体传感器的工作原理是：气态物质溶解于电解质溶液并离解，离解生成的离子作用于离子电极产生电动势，将此电动势取出以代表气体浓度。这种方式的传感器是有作用电极、对比电极、内部溶液和隔膜等构成的。 /p p 　　现以检测NH sub 3 /sub 传感器为例说明这种气体传感器的工作原理。作用电极是可测定pH的玻璃电极，参比电极是A8从姐电极，内部溶液是NIkCE溶液。NEACt离解，产生铵离子NH sub 4 /sub sup + /sup ，同时水也微弱离解，生成氢离子H sup + /sup ，而NH4 sup + /sup 与H sup + /sup 保持平衡。将传感器侵入NH sub 3 /sub 中，NH sub 3 /sub 将通过隔膜向内部渗透，NH sub 3 /sub 增加，而H sup + /sup 减少，即pH 增加。通过玻璃电极检测此PH的变化，就能知道NH sub 3 /sub 浓度。除NH sub 3 /sub 外，这种传感器海能检测HCN（氰化氢）、H sub 2 /sub S、Sq、C0 sub 2 /sub 等气体。 /p p 　　离子电极式气体传感器出现得较早，通过检测离子极化电流来检测气体的体积分数，电化学式气体传感器主要的有点是检测气体的灵敏度高、选择性好。 /p p 2.3电量式气体传感器 /p p 　　电量式气体传感器的原理是：被测气体与电解质溶液反应生成电解电流，将此电流作为传感器输出，来检测气体浓度，其作用电极、对比电极都是Pt电极。 /p p 　　现以检测C12为例来说明这种传感器的工作原理。将溴化物MBr（M是一价金属）水溶液介于两个铂电极之间，其离解成比，同时水也离解成H sup + /sup ，在两铂电极间加上适当电压，电流开始流动，后因H sup + /sup 反应产生了H sub 2 /sub ，电极间发生极化，发生反应，其结果，电极部分的H sub 2 /sub 被极化解除，从而产生电流。该电流与H sub 2 /sub 浓度成正比，所以检测该电流就能检测Cl sub 2 /sub 浓度。除Cl sub 2 /sub 外，这种方式的传感器还可以检测NH sub 2 /sub 、H sub 2 /sub S等气体。 /p p strong 3.传感器的检测 /strong /p p 　　电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器。可控电解式传感器是通过检测电解时流过的电流来检测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能检测CO、NO、NO sub 2 /sub 、O sub 2 /sub 、SO sub 2 /sub 等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数。离子电极式气体传感器出现得较早，通过检测离子极化电流来检测气体的体积分数。电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。 /p p 　　综上所述，不同种类的气体传感器适用于不同气体检测与控制的需求，随着现代工业的发展，尤其是绿色环保理念的不断加强，气体传感器技术的开发应用必将具有非常广阔的发展前景。两电极电化学CO传感器，是近年来研究的热点，属于国际上先进的传感器技术，通过实验研究，在电极、过滤层、电解质等材料选择和结构的设计中，攻克了影响传感器寿命的诸多技术难题，研制成功了具有实用意义的新型CO传感器，它必将在CO气体检测领域发挥积极的作用。 /p

研究人员将真菌孢子与石墨烯量子点结合在一起，制造出了一种极其微小的生物机器人。 　　&ldquo 这是一个令人着迷的设备，你可以说它是一个传感器，也可以说它是一个类似于机械战警般的生物机器人。&rdquo 美国伊利诺伊大学芝加哥分校的科研人员日前将真菌所产生的孢子与石墨烯量子点结合在了一起，制造出了一种极其微小的生物机器人。该装置有望用于环境监测、食品安全等领域。相关论文发表在自然出版集团旗下的《科学报告》期刊上。 　　随着纳米技术的发展，制造出肉眼不可见的微型机器人已经成为一件可能的事情，将生物体与无生命的机器相结合也成为解决问题的一个备选方案。新研制出的这种装置主要由孢子和石墨烯量子点组成，研究人员首先从细菌中提取孢子，再将石墨烯量子点放置在孢子的表面，而后在孢子两侧各贴上一个电极。这样，当孢子周围的湿度下降时，孢子就会收缩，其中的水分会被压出。由于孢子缩小后体积变小，两侧的量子点会紧靠在一起，电极的导电性也会立即发生变化，从而达到了监测湿度的目的。研究人员将这个设备称为&ldquo 纳米电子机器人设备(NERD)&rdquo 。 　　该研究论文第一作者、伊利诺伊大学芝加哥分校副教授维卡斯· 贝瑞说：&ldquo 在湿度发生改变的那一刻，我们就能立即得到一个清晰准确的反馈。这个反应速度比目前最先进的人造吸水聚合物制成的传感器快10倍以上。而且与人造传感器相比，这种生物传感器在极端低压以及极低湿度下具有更加出色的灵敏度。&rdquo 　　物理学家组织网近日报道称，目前常见的湿度传感器的灵敏度随着湿度的增加而逐渐增强，而NERD的灵敏度在低湿度情况下反而更加灵敏。这种传感器能够适应各种环境，甚至是真空，这在防腐或食品质量监测领域有重要应用前景。对于运行在太空中的设备而言，这些传感器同样非常重要，因为在这些地方湿度的变化是预示泄漏的一个重要信号。 　　贝瑞说：&ldquo 这种传感器具有广泛的应用前景，此类研究为人们探索生物体与电子及机械设备的结合提供了一个新的角度。&rdquo

p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室高速图像传感及信息处理课题组副研究员刘力源等研制出面向860GHz CMOS太赫兹图像传感器的像素器件。相关研究成果将于2017年在太赫兹领域学术期刊IEEE Transaction on Terahertz Science and Technology 上发表。 /p p 　　太赫兹 (Terahertz, THz) 波是指频率在0.3 THz - 3 THz 范围内，波长(1mm ~ 100mm) 介于毫米波与远红外光之间的电磁波。太赫兹波成像技术作为一种新型无损成像技术正在兴起，在生物医学、医疗诊断、安全检测、危险物品检查、隐形武器探测、材料表征和探伤等科学研究以及日用领域具有非常广阔的应用前景，业已成为各国争相研究的热点技术。在国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中科院青年创新促进会基金和中科院基金的支持下，课题组研制出一种基于标准CMOS工艺的太赫兹像素器件及其集成化低噪声信号处理电路，如图1所示。器件采用了自主设计的CMOS片上天线、太赫兹波段匹配网络和高电压响应度晶体管结构。在常温工作条件下，像素器件的太赫兹电压响应率为3.3kV/W @860GHz，噪声等效功率为106pW/Hz0.5。课题组也验证了像素器件信号处理电路，它集成了低噪声斩波式仪表放大器和高精度的SD-ADC，为实现单片集成高分辨率太赫兹图像传感器奠定了基础。图2是基于像素器件扫描成像的实验结果。基于像素器件，有望进一步实现大面阵CMOS太赫兹图像传感器，提升我国在太赫兹成像领域的国际竞争力。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/bbac28dc-c956-49ab-9abd-667953f56d61.jpg" title=" 1.jpg" / 　 /p p style=" text-align: center " 图1 太赫兹像素器件结构(左)芯片照片(右) /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/8884854d-8f47-4c43-9977-98688dfc232b.jpg" title=" 2.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图2 成像结果：(a) 树叶的成像 (b) 隐藏在信封内的物体成像 /p p br/ /p

2023年8月14日在比利时鲁汶，imec作为纳米电子学和数字技术领域的全球研发和创新中心宣布成功集成了固定光电二极管结构到薄膜图像传感器中。通过添加固定光电栅和传输栅,薄膜成像器超过一微米波长的吸收质量终于可以被利用,以一种成本效益的方式解锁感知可见光之外光线的潜力。检测可见光范围之外的波长,例如红外光,具有明显的优势。应用包括自动驾驶汽车上的摄像头,以“看穿"烟雾或雾霭,以及用于通过面部识别解锁智能手机的摄像头。虽然可见光可以通过基于硅的成像器检测,但需要其他半导体材料来检测更长的波长,比如短波红外线(SWIR)。使用III-V材料可以克服这一检测局限。然而,制造这些吸收体的成本非常高,限制了它们的使用。相比之下,使用薄膜吸收体(如量子点)的传感器最近出现为一个有前景的替代方案。它们具有良好的吸收特性和与传统CMOS读出电路集成的潜力。尽管如此,这种红外线传感器的噪声性能较差,导致图像质量较差。早在20世纪80年代,固定光电二极管(PPD)结构就在硅CMOS图像传感器中引入。该结构引入了一个额外的晶体管栅极和一个特殊的光检测器结构,通过该结构, charges可以在积分开始前全部排空(允许在没有kTC噪声或前一帧影响的情况下复位)。因此,由于噪声更小、功耗性能更好,PPD主导了基于硅的图像传感器的消费者市场。 在硅成像之外,至今还不可能集成此结构,因为难以混合两种不同的半导体系统。现在,imec在薄膜图像传感器的读出电路中成功集成了PPD结构。 一种SWIR量子点光电检波器与一种氧化铟镓锌(IGZO)薄膜晶体管单片集成成PPD像素。 随后,该阵列被进一步处理在CMOS读出电路上以形成一个完整的薄膜SWIR图像传感器。 imec的“薄膜固定光电二极管"项目负责人Nikolas Papadopoulos 表示:“配备4T像素的原型传感器表现出显着低的读出噪声6.1e-,相比之下,传统的3T传感器超过100e-,证明了其良好的噪声性能。" 因此,红外图像的拍摄噪声、失真或干扰更小,准确性和细节更高。imec像素创新项目经理Pawel Malinowski补充说:“在imec,我们正在红外线和成像器的交汇处处于地位,这要归功于我们在薄膜光电二极管、IGZO、图像传感器和薄膜晶体管方面的综合专业知识。通过实现这一里程碑,我们克服了当前像素架构的局限性,并展示了一种将性能最佳的量子点SWIR像素与经济实用的制造方法相结合的方法。下一步包括优化这项技术在各种类型的薄膜光电二极管中的应用,以及扩大其在硅成像之外的传感器中的应用。我们期待通过与行业伙伴的合作进一步推进这些创新。“研究结果发表在2023年8月《自然电子学》杂志"具有固定光电二极管结构的薄膜图像传感器"。初步结果在2023年国际图像传感器研讨会上呈现。原文: J. Lee et al. Thin-film image sensors with a pinned photodiode structure, Nature Electronics 2023.摘要使用硅互补金属氧化物半导体技术制造的图像传感器广泛应用于各种电子设备,通常依赖固定光电二极管结构。 基于薄膜的光电二极管可以具有比硅器件更高的吸收系数和更宽的波长范围。 但是,它们在图像传感器中的使用受到高kTC噪声、暗电流和图像滞后等因素的限制。 在这里,我们展示了具有固定光电二极管结构的基于薄膜的图像传感器可以具有与硅固定光电二极管像素相当的噪声性能。 我们将一种可见近红外有机光电二极管或短波红外量子点光电二极管与薄膜晶体管和硅读出电路集成在一起。 薄膜固定光电二极管结构表现出低kTC噪声、抑制暗电流、高满量容和高电子电压转换增益,并保留了薄膜材料的优点。 基于有机吸收体的图像传感器在940 nm处的量子效率为54%,读出噪声为6.1e–。

尊敬的老师：你好！ 石英晶体微天平技术是一种强有力的表/界面检测技术，目前已在土壤污染研究、矿物浮选、生物材料、高分子、纳米科学与技术、生物传感、环境水处理、染料敏化太阳能电池、锂离子电池、生物燃料、制药工程、细胞信号传导、石油工业等领域得到广泛应用。 为了更好地利用该技术，了解其最新发展，促进大中华地区同行间的交流，中国科学院南京土壤所与瑞典百欧林科技有限公司将于2017年9月14-15日联合举办第二届石英晶体微天平技术发展国际研讨会（环境与能源应用）暨第五届Q-Sense技术研讨会(The 2nd International QCM Technology Development Symposium – Environment & Energy Applications & the 5th Q-Sense Technology Seminar)。本次会议主席为中国南方科技大学徐政和教授、美国威斯康辛大学Joel A. Pedersen教授和中国科学院南京土壤研究所高娟研究员。会议还邀请了该领域多位国内外知名教授学者讲授QCM-D原理和应用，并解答相关问题。与此同时，本次技术研讨会的海报征集活动也在如火如荼地进行中。如果您想与其他科研机构的老师分享交流自己的研究成果，那就投出您的海报吧，让我们一起和您分享科研的新奇与喜悦!本次海报的投稿语言为英语，海报尺寸为宽度800 mm×高度2000 mm。请将海报电子版投递至：王敏博士，min.wang@biolinscientific.com, 谢谢！注册费用：免注册费，交通食宿需自理。报名方式：请填写附件报名回执，发送邮件至lauren.li@biolinscientific.com 报名联系人： 李小姐，186 1838 2402，010 - 8420 3832 - 801 我们真诚邀请您参加本次会议，感谢您对Q-Sense的关注与支持！ 目前会议前期准备工作已经全部就绪，会议日程详情如下： 会议日程（ Agenda）:September 14 南京土壤研究所惠联楼四楼会议厅 TimeSchedule8:30-9:00Check In9:00-9:20WelcomeJoel A. Pedersen, University of Wisconsin, USAZhenghe Xu, University of Alberta, Canada/Southern University of Science and Technology, ChinaDongmei Zhou, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, ChinaVanilla Chen, Biolin Scientific AB, ChinaChair: Joel Pedersen9:20-10:00O1: Moshe Herzberg, Ben Gurion University of the Negev, IsraelTopic: Membrane Fouling and Cleaning in The Era of Environmental Nanotechnology: Measurements, Mechanisms, And Applications10:00-10:40O2: Meagan Mauter, Carnegie-Mellon University, USATopic: Using QCM-D to Evaluate the Effect of Domain Chemistry and Hydrophilicity on Adsorption to Zwitterionic Copolymer Films with Nanoscale Compositional Heterogeneities10:40-11:00Pose for Group Pictures, Coffee Break11:00-11:30O3: Jinxuan Liu, Dalian Institute of Technology, ChinaTopic: Surface-Supported Metal-Organic Framework Thin Films: From Fabrications to Applications11:30-12:00O4: Zhigang Gu, Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, CAS, ChinaTopic: Epitaxial Growth and Applications of Oriented Porous Metal Organic Framework Thin Films12:00-13:30LunchChair: Meagan Mauter13:30-14:10O5: Thanh Nguyen, University of Illinois at Urbana-Champaign, USATopic: Interfacial Properties of Pathogenic Enteric Viruses Revealed by Complimentary Techniques of QCMD, AFM and DLS14:10-14:50O6: Zhenghe Xu, University of Alberta, Canada/Southern University of Science and Technology, ChinaTopic: Removal of water from water-in-oil emulsions by magnetically responsive and interfacially active composite particles14:50-15:20O7: Xiaolei Qu, Nanjing Univeristy, ChinaTopic: Aggregation and Deposition Behavior of Carbonaceous Nanoparticles15:20-15:40Coffee Break, Poster viewing15:40-16:10O8: Yong Xiong, Tsinghua University, ChinaTopic: Synergy Adsorption of Polyaromatic Compounds on Silica Surface by Molecular Dynamics SimulationChair: Juan Gao16:10-16:50O9: Olof Andersson, Insplorion AB, SwedenTopic: Nanoplasmonic Sensing Combined with QCM-D for Advanced Surface Interaction Studies16:50-17:30O10: Min Wang, Biolin Scientific AB, ChinaTopic: Application Of Q-Sense Technique on Environment and Energy Science17:30-18:00Panel DiscussionModerators：Zhenghe Xu, Joel A. Pedersen Topic: QCM-D Applications to Emergent Subjects in Environment Science18:10-20:00Dinner 会议日程（Agenda）:September 15 南京土壤研究所惠联楼四楼会议厅 TimeSchedule8:30-9:00Check InChair: Zhenghe Xu9:00-9:40O1: Andreas Wargenau, McGill Univeristy, CanadaTopic: Characterizing Phospholipid Phase Transitions Using QCM-D: Fundamentals andApplication to Environmental Toxicology9:40-10:20O2: Joel A. Pedersen, Univeristy of Wisconsin, USATopic: Multi-Component Model Biological Membranes for Investigating Nanoparticle Interaction with Cell Surfaces10:20-10:40Coffee Break, Poster viewing10:40-11:10O3: Wei Jiang, Shandong University, ChinaTopic: Nanoparticle Deposition and Nano-Biomembrane Interaction Studied by QCM11:10-11:40O4: Xitong Liu, Carnegie-Mellon Univeristy, USATopic: Probing Interactions Between Graphene Oxide and Serum Albumin Proteins Using QCM-D11:40-13:00LunchHost: Thanh Nguyen13:00-13:30O5: Jue Kou, Univeristy of Science and Technology Beijing, ChinaTopic: Leaching Kinetic Study of Non-Cyanide Gold Leaching Reagent SDD by QCM-D13:30-14:00O6: Julong Song, Nanjing Forestry Univeristy, ChinaTopic: On the Interactions in Lignocellulose Utilization Revealed by QCM-D Technique14:00-14:40O7: Min Wang, Biolin Scientific ABTopic: The Latest Application Progress by Chinese QCM-D Customers 14:40-15:10Panel DiscussionModerators：Zhenghe Xu, Joel A. Pedersen Topic: QCM-D Applications to Emergent Subjects in Environment Science15:10-15:40Coffee Break, Poster viewingUser Training SectionHost: Vanilla Chen15:40-16:10O8: Mike Xiao, Biolin Scientific AB (Chinese)QCM-D Modules and Sensors 16:10-16:30O9: Aaron Li, Biolin Scientific AB (Chinese)User Discussion Section How to Get A Good QCM-D Result? Sensor Treatment and Experiments Tips16:30-17:00Panel Discussion (English/Chinese)Host: Min Wang & Vanilla Chen Topic: Demands and Challenges on Q-Sense development

如果把智能系统比作“人”，那么传感器就是“人”的感觉器官。不同类型的传感器，感知周围环境并把数据传递给系统进行计算，对情况进行实时分析、判断和应对。随着数字化智能化不断深入，各式各样传感器的用武之地大为拓宽，为人类创造美好生活发挥着巨大作用。一部智能手机里有上百个传感器：有用于摄像的CMOS图像传感器，有用于检查环境明暗的环境光传感器，还有用于导航的地磁传感器、陀螺仪，等等。正是基于这些传感器，手机里的各种应用软件才能流畅工作，手机才能成为集工作、生活、娱乐于一体的便携式智能设备，带来人们生活方式的巨大变化。风云卫星上的可见和红外光电传感器，能够不分昼夜地获取大气信息，精准预测天气，甚至在月球上、火星上都有传感器工作，帮助人类探索宇宙奥秘。比人的感官更敏锐、更强大传感器是信息系统的“慧眼”。它就像人类的眼睛、耳朵、皮肤等器官一样，感知周围环境，帮助我们认识多姿多彩的世界。不同之处在于，传感器比人的感官更敏锐、更强大。客观世界所包含的信息多样程度，远远超出我们感官的能力范围。人的眼睛无法观察红外辐射和紫外辐射，耳朵听不见次声波和超声波，对于“不见踪影”却时刻产生影响的磁场也无法感知。这些超出感官范围的信息，传感器都能“感受”到。随着生产力发展，人类越来越需要全方位地感知世界。1821年，科学家利用材料因温差产生电压的原理，研制出世界上第一个传感器——温度传感器。最初，人们直接利用光、热、电、力、磁等物理效应制备各种传感器，这些传感器尺寸大、灵敏度低、使用不方便。上世纪70年代，出现了将敏感元件与信号电路进行一体化设计的集成传感器，如热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。这类传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，输出模拟信号。上世纪末开始，数字化传感器快速发展，通过“模拟/数字”转换模块，实现数字信号输出。数字化传感器集成智能化处理单元，可以自动采集、处理数据，并能根据环境自动调整工作参数，数码相机中的光敏元件就是其代表产品。总的来说，传感器的工作原理是某些物质的电学特性会随环境因素变化。例如铂在不同温度下电阻率不同，硅在可见光照射下电阻会减小，石英受到压力后表面会产生电荷，等等。利用电阻与温度的对应关系，可以制成温度传感器，进一步给敏感元件添加隔热结构，依据敏感元件温度变化与红外辐射能量之间的关系，可以制成红外传感器。在此基础上，还可以根据目标温度与红外辐射能量之间的关系，制造出非接触测温传感器。人们熟悉的用来测量体温的额温枪就利用了这一原理。借助丰富的物理和化学效应，人们制备出灵敏度比狗鼻子高1000倍、可以“闻到”气体分子的“电子鼻”，以及可以在黑夜中观察物体的红外相机等种类丰富、功能强大的传感器。没有传感器就没有数字化、智能化数字化是对事物属性的量化，并用数字将其表达为抽象结果。借助现代信息技术，人们可以存储、处理、传播各种数字化信息。传感器可以将事物蕴含的各种信息转换成电信号，并利用数模转换电路将电信号用数字表达，是数字化的有效工具。当你拿出手机拍照片或视频时，光敏传感器会将接收的光强度信号转换成电信号，再按一定的规则用数字表达、存储，最终形成手机屏幕上的影像。数字化基于传感器获取信息。数字化系统需要处理的信息量非常庞大，仅靠人工或者传统设备无法获取，凭借传感器则能够实时、高效、精准、快速地获取，于是有了城市大数据、天气大数据、医疗大数据、农业大数据等。利用各类传感器，人们可以召开远程会议、学习网络课程、扫码支付甚至直播带货，由此发展出数字经济业态。数字经济涉及的云计算、物联网、人工智能、5G通信等各类技术，都与传感器息息相关。没有传感器就没有数字化和智能化。传感器是智能化系统的第一关，它的水平决定了智能化系统及其仪器设备的水平。传感器技术已经成为国际上信息高端器件领域的研究前沿，在人工智能、智慧城市、5G通信、航空航天、生命健康等领域均发挥着不可替代的作用。比如一辆汽车会安装压力、温度、位置、声音、光、电等超过100种传感器，由车载电脑进行处理，帮助驾驶员作出判断。对数据的智能化分析降低了驾驶汽车的难度，让汽车变得更安全、更好开。更进一步，无人驾驶汽车通过传感器实时获取道路信息，一旦发现障碍物，便通过智慧分析及时避让。城市中高楼大厦、桥梁、隧道等建筑，也需要通过视频、温度、压力和烟雾等传感器实时监控安全状况，当数据汇总到一起，智能化系统便会及时分析，凝练出少量关键信息供使用者作出决策。甚至在未来，人类的感官也可以借助传感器变得更加强大，构建起智能化系统。智能传感器开拓新应用场景当前，各类传感器都处在进一步提升性能、降低成本，向数字化、智能化、小型化微型化、绿色低碳、可穿戴等方向进化，呈现出蓬勃发展态势。其中，智能传感器、柔性传感器、新原理传感器的研发具有代表性意义，有望塑造新的工作生活方式。发展智能传感器是重要趋势。借助智能传感技术，人们设计制造出具备获取、存储、分析信息功能的各种传感单元及微系统，实现低成本、高精度信息采集。智能传感器广泛应用在机器人、无人驾驶、智能制造、运动定量监测等方面，还可用于开发无创或微创健康监测器件等。近年来流行的动态血糖仪是个很好的例子。糖尿病患者将柔性传感器无痛置入身体，传感器每5分钟测一次血糖值，并传送到手机应用中。患者可以观察血糖曲线变化，及时通过饮食和运动等方法调节血糖，有的患者甚至由此告别了药物和胰岛素治疗。此外，人们还在研发可降解电子器件，让智能传感器更好助力低碳环保生活。发展柔性传感器是另一趋势。许多应用场景要求传感器制备在柔性基质材料上，并具有透明、柔韧、延展、可自由弯曲甚至折叠、便于携带、可穿戴等特点。目前制备柔性传感器的常用传感材料有碳基材料（炭黑、碳纳米管和石墨烯等）、金属纳米材料（金属纳米线、金属纳米颗粒等）、高分子聚合物和蛋白纤维等。例如一种具有可拉伸、抗撕裂和自我修复能力的交联超分子聚合物薄膜电极材料，可用于制造下一代可穿戴和植入式柔性电子器件。将集成多功能的柔性传感器与柔性印制电路结合，可以制成“智能带”，把它穿戴在身体的不同部位，可实时监测与分析生理信息，帮助人们特别是感官退化的群体了解自身健康状况。新原理传感器也在不断出现。在基础研究领域，新的规律陆续被发现，人们正利用这些科学新认知制备传感器。同时，技术进步也对基础研究提出新要求。在生活中，人们希望提高相机的像素、灵敏度、速度等性能参数；在高速实验中，需要可以记录飞秒尺度信息的条纹相机；在量子通信中，需要灵敏度达到单光子的光电探测器；在空天科技中，需要实现对高速运动物体和冷目标的探测，等等。这就要求科学家们进一步探索物理世界，发现新现象新规律，提升传感器性能。随着科技快速发展，新材料新工艺不断投入应用，性能更强、种类更丰富、智能化水平更高的传感器将创造更多工作生活新场景，帮助人们“感受”美好生活。（作者：褚君浩，系中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员）