纳米传感器的特点及应用领域

当今技术的发展需要材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输，为纳米技术和纳米材料的应用提供了广阔的空间。

纳米传感器BPW41N采用纳米技术制造，尺寸降低，精度提高，性能大大提高。纳米传感器站在原子尺度上，大大丰富了传感器的理论，促进了传感器的生产水平，拓宽了传感器的应用领域。纳米传感器在生物、化学、机械、航空、军事等领域得到了广泛的发展。

纳米传感器

纳米是一个长度单位，1纳米是1米的10亿分之一，相当于头发直径的8万分之一。纳米技术是指研究材料特性、相互作用和利用0.1~100纳米尺度开发相关产品的科学技术。

纳米技术研究利用电子波动来控制单个原子和分子来实现设备的特定功能。研究和开发纳米技术的目的是实现对整个微观世界的有效控制。

纳米传感器是指形状大小或灵敏度达到纳米级，或传感器与待检测物质或物体之间的相互作用距离为纳米级。

纳米传感器的类型

纳米技术传感器主要包括纳米化学和生物传感器、纳米气敏传感器和其他类型的纳米传感器（压力、温度和流量等）

纳米化学和生物传感器

纳米技术引入化学和生物传感器领域后，提高了化学和生物传感器的检测性能，促进了新型化学和生物传感器。由于亚微米的尺寸、换能器、探针或纳米微系统，该传感器的化学和物理性质及其对生物分子或细胞的检测灵敏度显著提高，缩短了检测的反应时间，实现了高通量的实时检测和分析。

利用纳米材料制成非常敏感的生物和化学传感器，可以早期诊断癌症和心血管疾病；与其他功能相同的分析仪相比，碳纳米管和其他纳米微结构的化学传感器可以检测氨、氧化氮、过氧化氢、碳氢化合物、挥发性有机化合物和其他气体。

在纳米生物传感器中，纳米颗粒、纳米线、多孔纳米结构、纳米光纤和纳米微加工设备已成功应用。

纳米气敏传感器

一层纳米涂层附着在气敏传感器与敏感气体接触的表面作为敏感材料，以提高传感器的灵敏度和性能。

零维金属氧化物半导体纳米颗粒、碳纳米管和二维纳米膜可作为气敏传感器的敏感材料。

在纳米气敏传感器的研究中，主要方向之一是依靠气体环境中敏感材料的电导变化来制造气敏传感器。在这些纳米敏感材料中添加贵金属纳米颗粒（如PT和PD），大大提高了选择性，提高了灵敏度，降低了工作温度。

纳米气体传感器的另一个主要方向是用多壁碳纳米管制作气敏传感器。碳纳米管的独特性和制备工艺得到了广泛的研究，多壁碳纳米管具有一定的吸附特性。由于吸附气体分子与碳纳米管的相互作用，其宏观电阻发生了很大的变化。通过检测其电阻变化来检测气体成分，可用作气敏传感器。

其他类型的纳米传感器

（1）电阻应变纳米压力传感器，测量精度和灵敏度高、体积小、重量轻、安装维护方便、测量压力参数稳定可靠。

（2）利用一些纳米材料的巨大磁阻效应，开发了各种纳米磁敏传感器

（3）基于光纤传感器开发的纳米光纤生物传感器不仅具有光纤传感器的优点，而且由于传感器的尺寸仅取决于探针的尺寸，大大降低了微传感器的体积，大大缩短了响应时间，满足了微创实时动态测量的测量要求。

纳米传感器的特点

与传统传感器相比，纳米传感器充分利用纳米材料的反应活性、拉曼光谱效应、催化效率、导电性、强度、硬度、韧性、超塑性和超顺磁性，具有许多显著特点：

灵敏度高。

碳纳米管传感器用于检测有毒气体，纳米晶体或多孔纳米材料可以增加与有毒气体分子接触的表面积，其灵敏度可以增加几倍。如果用氧化锡、氧化锑和氧化锌的纳米颗粒制成传感器，灵敏度也会大大提高。研究人员利用碳纳米管和纳米膜技术，开发出灵敏度高、稳定性高的柔性可穿戴仿生触觉传感器——人工仿生电子皮肤，可以准确检测人体不同的生理状态，并对疾病进行早期诊断。

功耗小。

随着微机电技术和微纳材料技术的发展，纳米传感器向超微型、智能方向快速发展，纳米机器人传感器可通过血液注入进入人体，实时监测人体生理参数，有望针对癌细胞、致病基因进行靶向精确治疗。与传统传感器相比，纳米传感器还具有自供电能力，从环境中收集光辐射和电磁辐射能量。

成本低。

随着纳米材料制备技术的成熟，制造过程的可重复性和批量生产问题不大，纳米传感器的制造成本也可以大大降低。低成本、小微节点的纳米传感器可以形成无线纳米传感器网络，大大扩大纳米传感器的检测能力，给气候监测和环境保护带来革命性的变化。

多功能集成。

传统传感器一般是具有单一功能的传感器，纳米传感器可以在小微芯片上加工成千上万具有不同功能的纳米传感器阵列，使其具有多功能检测和分析能力，具有越来越强的数据处理、存储和分析能力，如果与互联网连接，也具有数据远程分析和处理能力。它的“傻瓜”特点使其操作非常简单。

纳米传感器的这些特点将使其在各种物联网建设过程中具有可观的发展前景和巨大的应用潜力，纳米传感器技术也有望成为推动世界新一轮科技革命、工业革命和军事革命的“颠覆性”技术。

纳米传感器的应用领域

1、在医学和生物学领域的应用

纳米技术制成的传感器可用于疾病的早期诊断、监测和治疗，使各种癌症的早期诊断成为显示。目前，美国科学家已经在实验室环境中实现了对前列腺癌、直肠癌等癌症的早期诊断。纳米传感器非常灵敏。在血液检测中，当传感器中预设的总癌细胞抗体遇到相应的抗原时，传感器中的电流会发生变化。通过这种电流变化，我们可以判断血液中癌细胞的种类和浓度。据专家预测，未来可能会有各种纳米传感器植入人体，以便早期检测各种疾病。

2、应用于微电子和信息技术领域

在这一应用领域，研究了导电聚合物在信息技术、纳米电子元件FET二极管、传感器电子序列、纳米传感器等领域的应用。例如，微电子机械系统(MEMS)该技术是基于微米/纳米技术的21世纪前沿技术。它是一种设计、加工、制造、测量和控制微米/纳米材料的技术。其应用研究主要是将微传感器等研究成果投入实用，逐步从微传感器向纳米传感器发展。

3、应用于国防科技

纳米气体传感器用于地面、空间、飞机、潜艇内舱，以及各种军用车辆驾驶室检测有害气体、有毒气体，将更加方便、快速、敏感，如美国开发纳米军装，纳米传感器可感知空气中生化指标的变化，当有害气体或物质指标突然上升时，军装将立即关闭头盔和其他通风部位，释放生化武器解毒剂，发挥预防作用。此外，嵌入在军装中的纳米生化感应装置可以监测士兵的心率、血压、体内和体表温度，识别体表出血部位，使军装膨胀收缩，发挥止血带的作用。