制造納米轉(zhuǎn)換器的五種材料技術(shù)

 轉(zhuǎn)換器用于廣泛的日常應(yīng)用，從監(jiān)測(cè)氣體濃度到人臉識(shí)別。轉(zhuǎn)換器還廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過(guò)程中，用于檢測(cè)和監(jiān)控各種過(guò)程。納米轉(zhuǎn)換器的工作原理與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器相同，但不同之處在于它們使用納米材料作為主動(dòng)傳感元件。

 納米轉(zhuǎn)換器是測(cè)量物理量并將其轉(zhuǎn)換為可檢測(cè)和分析的信號(hào)的納米級(jí)設(shè)備。雖然目前世界上對(duì)納米轉(zhuǎn)換器沒(méi)有明確的定義，但大多數(shù)都將其定義為一種用于收集納米尺度信息并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的傳感設(shè)備，至少有一種尺寸小于100 nm的傳感設(shè)備。納米技術(shù)在納米尺度上研究物質(zhì)的物理或化學(xué)性質(zhì)。因此，納米轉(zhuǎn)換器可以利用材料的物理或化學(xué)性質(zhì)來(lái)改善重要性能和質(zhì)量參數(shù)，而傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器只能通過(guò)減少傳感元件或轉(zhuǎn)換器來(lái)改善轉(zhuǎn)換器性能。因此，納米轉(zhuǎn)換器不一定要縮小到納米尺度，而是可以利用納米材料的獨(dú)特特性來(lái)探測(cè)和測(cè)量納米尺度事件的大型設(shè)備。例如，在白銀或黃金等貴金屬中，小于電子的德布羅義波長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)的大小會(huì)導(dǎo)致在可見/近紫外線區(qū)域的強(qiáng)吸收，這在塊材料光譜中不存在。納米轉(zhuǎn)換器已被開發(fā)用于氣體、化學(xué)和生化變量以及物理變量的檢測(cè)和電磁輻射的檢測(cè)。

 與傳統(tǒng)材料制成的轉(zhuǎn)換器相比，納米材料轉(zhuǎn)換器在靈敏度和特異性方面具有諸多優(yōu)勢(shì)。高特異性:納米轉(zhuǎn)換器的特異性更強(qiáng)，因?yàn)樗鼈兊牟僮髋c自然生物過(guò)程的規(guī)模類似，可以使用化學(xué)和生物分子進(jìn)行功能化，并具有可識(shí)別的事件，引起可檢測(cè)的物理變化。高靈敏度:靈敏度的提高是由于納米材料的高表面積與體積比，以及納米材料的新物理性質(zhì)，可以作為檢測(cè)的基礎(chǔ)，包括納米光子學(xué)。納米轉(zhuǎn)換器也有可能與納米電子學(xué)集成，以增加納米轉(zhuǎn)換器的本地處理能力。成本和響應(yīng)時(shí)間優(yōu)勢(shì):除了靈敏度和特異性，納米轉(zhuǎn)換器具有顯著的成本和響應(yīng)時(shí)間優(yōu)勢(shì)，使其適合高通量應(yīng)用。與色譜法和光譜學(xué)等傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，納米轉(zhuǎn)換器提供了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些傳統(tǒng)方法可能需要幾天到幾周的時(shí)間才能得到結(jié)果，通常需要投資資本成本和樣品制備時(shí)間。挑戰(zhàn):納米轉(zhuǎn)換器面臨許多挑戰(zhàn)，包括避免縮放和漂移，開發(fā)可重復(fù)校準(zhǔn)方法，應(yīng)用預(yù)濃縮和分離方法獲得適當(dāng)?shù)姆治鑫餄舛纫员苊怙柡?，以及以可靠和可制造的方式將納米轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器組件中的其他組件集成在一起。由于納米轉(zhuǎn)換器是一項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù)，目前許多關(guān)于納米毒理學(xué)的未解問(wèn)題限制了它們?cè)谏锵到y(tǒng)中的應(yīng)用。一些納米轉(zhuǎn)換器可能會(huì)影響細(xì)胞代謝和內(nèi)穩(wěn)態(tài)，改變細(xì)胞分子的分布，使其難以區(qū)分轉(zhuǎn)換器誘導(dǎo)的偽物和潛在的生物現(xiàn)象。