為電池應用實現(xiàn)小型化納米傳感器系統(tǒng)

根據(jù)瑞典公司Insplorion與創(chuàng)新咨詢機構(gòu)RISE Acreo的研究發(fā)現(xiàn)，通過局部表面電漿共振（LSPR）技術(shù)，可望在電池監(jiān)測、生物傳感等應用中大量生產(chǎn)低成本的納米傳感器。研究人員們的初探性研究——“為電池應用實現(xiàn)小型化納米傳感器系統(tǒng)”（Miniaturization of a nanosensor system for batteries），驗證了打造低成本光纖傳感器系統(tǒng)的可能性，可望滿足電池監(jiān)測以及體內(nèi)診斷和制造產(chǎn)業(yè)等其他應用的需求。研究人員采用Insplorions的納米等離子感測（NPS）技術(shù)進行這項研究。NPS的技術(shù)基礎(chǔ)就在于利用了所謂“局部表面電漿共振”（LSPR）的物理現(xiàn)象。

這項研究的目的是探索設(shè)計基于NPS的光纖傳感器系統(tǒng)，并以低成本實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。

Insplorion執(zhí)行長Patrik Dahlqvist表示：“該研究計劃的重要結(jié)論是證實我們能夠用大量元件實現(xiàn)具競爭力的制造價格，以及了解它如何以大量制造擴大規(guī)模。我們可以為適合利基型應用的首批電池打造低廉的傳感器系統(tǒng)。然而，這還需要經(jīng)過一些技術(shù)的發(fā)展與驗證，才能打造進入廣泛市場的傳感器系統(tǒng)。”LSPR技術(shù)是在金屬納米顆粒中傳導電子的一種連貫性集體空間振蕩作用，它能經(jīng)由近可見光直接激發(fā)。共振條件（即可激發(fā)LSPR的光波長/顏色）由納米顆粒的電子特性、其尺寸、形狀和溫度以及納米顆粒附近的介電環(huán)境等各種組合而限定。

納米等離子感測利用金屬納米顆粒（通常是銀或金）作為局部感應元素，提供了獨特的性質(zhì)組合；包括超高靈敏度、小樣本量/體積（取決于傳感器的納米顆粒尺寸，通常約在50-100nm尺寸范圍內(nèi)），以及實現(xiàn)快速、即時（毫秒時間分辨率）遠端讀取的能力。

NPS芯片的納米架構(gòu)（來源：Insplorion）

在Insplorion申請專利中的NPS芯片架構(gòu)中，傳感是通過在透明基底上非互動的相同金屬納米圓盤之納米制造陣列實現(xiàn)的。然后用其上沉積的樣品材料（如納米顆粒薄膜）的介電間隔層薄膜（僅幾十納米）覆蓋該金屬圓盤陣列（傳感器）。傳感器納米顆粒接著被嵌入于傳感器，除了經(jīng)由LSPR偶極場外，在實體上并不與所研究的納米材料相互作用。后者滲透穿過間隔層，并在其表面及其表面附近存在相當大的強度，因此能傳感該位置的電介質(zhì)變化。研究公司Future Market Insights表示，全球表面等離子共振市場預計將在2017-2027年間以6.3%的復合年增長率（CAGR）成長，并將在2027年達到近13億美元的營收。為了實現(xiàn)更高的產(chǎn)量與性能，來自醫(yī)院、診所、門診手術(shù)中心、護理中心和參考實驗室等終端用戶對于高階、表面等離子共振的需求持續(xù)增加，將為長期使用表面等離子共振技術(shù)帶來機會，并推動進一步的成長。成像系統(tǒng)將是其中最大的細分市場之一，別是隨著越來越多的免標簽檢測技術(shù)取代標簽檢測技術(shù)的趨勢進展。其他也預計會有顯著成長的細分市場是生物傳感器。最近的一項應用強調(diào)來自中國蘇州大學（Soochow University）的研究，該研究將LSPR技術(shù)用于智能窗戶，使其得以因應環(huán)境情況調(diào)整特性，而無需任何人工干預。這項研究基于熱致變色材料的適應性行為，可因應溫度變化而改變顏色。原型智能窗戶利用LSPR將來自環(huán)境太陽光的光子轉(zhuǎn)換為局部熱能。這觸發(fā)熱致變色窗戶從透明切換到不透明，以阻擋進一步射入的陽光。