中国首次实现纳米级空间分辨电磁场量子传感

从中国科大获悉,该校郭光灿院士团队的孙方稳小组实验实现50纳米空间分辨力高精度多功能量子传感。

       在我国,传感器是一个朝阳产业,需求巨大,市场广阔,应用广泛。展望未来,传感器产业仍然保持高速的增长态势,传感器技术也将在智能生产过程中发挥更加关键的作用。顺应传感器的越来越重要的发展趋势,我国科研机构不断加大对传感器技术的研究,产生了诸多重大的成果。现在,传感器专家网带大家来一探究竟!

  中国首次实现纳米级空间分辨电磁场量子传感

  从中国科大获悉,该校郭光灿院士团队的孙方稳小组实验实现50纳米空间分辨力高精度多功能量子传感。该系列研究成果日前发表在应用物理权威期刊《应用物理评论》上。

  微纳光电子器件具有尺寸小、电磁场强度低且易受干扰等特点。因此,微纳电磁场探测技术需要同时解决高空间分辨力、高测量灵敏度及对待测量非破坏性等难题和挑战。科研人员提出利用量子传感和量子探针等新思想和新方法,发展了具有纳米级空间分辨力的远场光学超分辨成像新技术。结合高保真度量子态调控技术,实现了同时具有高空间分辨力、高测量灵敏度及对待测量非破坏的微纳电磁场测量技术。

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  科研人员首先基于金刚石氮-空位色心中电荷态的调控,提出并实现了具有纳米级空间分辨力超低泵浦功率的电荷态耗尽纳米成像术,实现了4.1纳米空间分辨力的电子自旋量子态的成像与检测。实验获得的成像分辨力是光学衍射极限的1/86,超过了受激辐射损耗荧光显微成像术,2014年度诺贝尔化学奖所获得的1/67的精度,将有望能应用在活体生物检测中。进一步,他们将CSD纳米成像术与荧光寿命成像、光学偏振态检测、电子自旋态高保真度量子操控技术相结合,实现了对金属纳米线结构所携带的光场态密度、偏振、电流及其产生的磁场等多个物理量的进行了非破坏性测量,空间分辨力达50纳米,使得该微纳光电磁场的探测精准度超过了96%。

  这些系列成果为高空间分辨力非破坏电磁场检测和实用化的量子传感打下了基础,将应用在微纳电磁场及光电子芯片的检测,并拓宽了远场超分辨成像技术的应用场景。

  半导体所在柔性湿度传感器与非接触控制方面取得新进展

  人机交互技术因其在物联网(IoT)中的重要应用而受到广泛关注,例如可穿戴电子和远程医疗监控等。对于人机交互系统,智能传感器起着关键作用,因为它们可以有效地将来自人体的各种信号“转换”为机器可以识别的信息。因此,开发具有高灵敏度和快速响应的各种智能传感器尤为重要。传统传感器通常检测直接接触中的信号,例如压力传感器,应变传感器等。然而,直接接触传感不仅会带来不可避免的机械磨损,还会限制其在更广范围例如在有毒或有害环境中应用。为了克服这些缺点以满足多样的应用需求,柔性非接触湿度传感器成为现有传感器的一个重要补充,可作为先进人机交互系统的新型控制方法。

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  最近,中科院半导体所超晶格国家重点实验室沈国震研究员课题组成功研制出一种柔性透明的高性能湿度传感器,该传感器基于MoO3纳米片,采用低成本、简便的溶液方法合成。所制备的湿度传感器对外部相对湿度(RH)表现出出色的灵敏度,RH从0%变为100%时电流变化了5个数量级。此外传感器具有快速响应(<0.3 s)和恢复时间(<0.5 s),还表现出长期稳定性(> 1个月),并且具有很好的机械灵活性。同时,研究人员开发了一种可穿戴湿度分析系统,用于环境RH监测和非侵入性人体呼吸监测。此外,该湿度传感器的远程非接触式交互式传感特性被应用于非接触式多级开关和柔性非接触控制屏幕两个人机交互系统中。

  该项工作为基于氧化物纳米材料的湿度传感器在智能人机交互系统方面提供了巨大的应用前景和可行性工艺。该项工作得到了国家自然科学基金和中国科学院前沿科学重点研究等项目支持。

  电分析传感检测技术取得新进展 可作兽药残留监测

  电分析传感检测技术作为分析检测领域重要的组成部分,在食品安全检测中扮演着重要的角色。新型高性能电极材料的发现、制备及官能化是构建电分析传感器的研究重点之一。近日,中国热带农业科学院热带农产品质量安全科技创新团队在抗生素快速传感检测中取得重要进展。

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  图示:基于Zr-amide-Por-based 2D COFs的四环素分子印迹电化学发光传感器的构建

  据了解,团队研发了一种新型的锆配位的酰胺二维共价有机框架材料(Zr-amide-Por-based2D COFs),该材料是通过一种简单的液--液界面组装合成法制备所得,不仅具有类石墨烯多层超薄结构,且最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)能隙差为1.6eV,具备高导电性的优势。此外,以锆作为催化活性中心的所得2D COFs表现出对过氧化氢的高效催化活性。基于这些优势,结合分子印迹技术,利用门控制效应作为信号产生机理,团队构建了四环素分子印迹电化学发光传感器。该传感器响应速度快、成本低、灵敏度高、特异性强,可作为兽药残留监测的可行平台。相关成果发表在国际工程科技类顶级期刊《Biosensors and Bioelectronic》上。

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