纳米线传感器研究进展 曹渊 袁庆华 夏之宁重点
修饰技术在电化学传感器领域的研究文献综述
修饰技术在电化学传感器领域的研究文献综述目录1. 内容概要 (2)1.1 电化学传感器的概述 (2)1.2 修饰技术在电化学传感器领域的重要性 (4)2. 电化学传感器的发展与种类 (5)2.1 传统电化学传感器 (7)2.2 新型电化学传感器 (8)3. 修饰技术概念与原理 (10)3.1 修饰技术定义与背景 (11)3.2 修饰技术的科学原理 (12)3.3 修饰技术的分类 (13)4. 修饰材料在手机传感中的应用 (14)4.1 金属修饰材料 (16)4.2 半导体修饰材料 (18)4.3 聚合物修饰材料 (19)4.4 纳米材料修饰 (21)5. 修饰电化学传感器在高精确度分析中的应用 (22)5.1 环境污染物检测 (24)5.2 食品色素与药物有效成分分析 (26)5.3 临床医学生物标记物识别 (27)6. 修饰技术在电化学传感器中的瓶颈与挑战 (28)6.1 电极材料的稳定性与耐久性 (29)6.2 修饰材料与检测物质之间的特异性 (30)6.3 芯片制备与集成化难题 (32)7. 修饰技术的未来发展方向 (33)7.1 多元传感器体系的构建 (35)7.2 芯片技术与人工智能融合 (36)7.3 生物传感机制的深入研究 (37)8. 结论与展望 (39)8.1 本综述的关键发现 (40)8.2 未来研究方向与前景分析 (41)1. 内容概要本文综述了修饰技术在电化学传感器领域的研究进展，电化学传感器因其高灵敏度、快速响应和低成本等优点，在生命科学、环境监测、食品安全等领域有着广泛的应用前景。
为了提升电化学传感器的性能，修饰技术的应用已成为研究热点。
该文首先简要介绍了常用的电化学传感器类型以及其工作原理，然后重点总结了多种修饰技术，包括纳米材料修饰、生物分子修饰、二维材料修饰等，并对每种技术在电化学传感器中的应用案例进行了详细分析，包括其优势、局限性和未来发展方向。
还对修饰技术带来的性能提升，如灵敏度、选择性、稳定性和耐用性等方面进行了深入探讨。
固态荧光的测试方法
固态荧光的测试方法胡丽华;黄志斌;纪顺俊;朱健【摘要】The solid-state fluorescence is more and more widely used in areas of molecule and material study. The requirements for the measurement of the parameters of solid-state fluorescence materials are also increasing. This paper mainly describes the measurement methods of solid-state fluorescence.%固态荧光在分子和材料领域的应用越来越广泛,因此,对固体荧光材料参数测量的需求也日益增多,本文主要报道了固态荧光的测试方法.【期刊名称】《分析仪器》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】4页(P55-58)【关键词】固体荧光;发光材料;测试【作者】胡丽华;黄志斌;纪顺俊;朱健【作者单位】苏州大学材料与化学化工学部,苏州,215123;苏州大学材料与化学化工学部,苏州,215123;苏州大学材料与化学化工学部,苏州,215123;苏州大学材料与化学化工学部,苏州,215123【正文语种】中文近年来，有机光电发光材料［1，2］、液晶显示［3，4］等技术蓬勃发展，固体荧光的应用越来越广泛，同时对固体荧光材料参数测量的需求日益增多。
与液体样品荧光不同，拉曼峰、瑞利峰已经不复存在，杂散光的现象比较严重，这就对物质的固态荧光测试提出了一个很高的要求，国内有关这方面的报道很少［5－7］。
因此，本文就固态荧光的测试方法做一简单介绍。
1 测试仪器和方法1.1 测试仪器目前很多厂家生产的荧光光谱仪都配备了固体支架，可以用来测试样品固体荧光，例如：英国Edinburgh公司的FLS920荧光光谱仪，美国瓦里安公司的Cary Clipse荧光分光光度计，美国PE公司LS型荧光分光光度计和日立荧光光谱仪等。
硅纳米线传感器灵敏度研究进展
第58卷第3期 2021年3月微鈉电子技术Micronanoelectronic TechnologyVol. 58 No.3March 2021| MEMS与#感器^DOI：10. 13250/ki.wndz.2021. 03. 007硅纳米线传感器灵敏度研究进展方敏S闫江S魏千惠2’3，张青竹4’5,魏淑华、王艳蓉\张兆浩4，熊恩毅S张双1，张静1(1.北方工业大学信息学院，北京100144; 2.有研科技集团有限公司智能传感功能材料国家重点实验室，北京100088; 3.有研工程技术研究院有限公司，北京101402;4.中国科学院微电子研究所先导工艺研发中心，北京100029;5•中国科学院大学，北京100049)摘要：对基于一维纳米材料的硅纳米线场效应晶体管（SiNW-F E T)传感器在疾病早期诊断中检 测超低浓度生物标志物的优势进行了简单阐述，提出提高S iN W-F E T传感器检测灵敏度的重要性和必要性。
介绍了SiN W-F E T传感器的工作原理、检测灵敏度和检测限（LOD)。
重点讨论了 通过对SiN W表面修饰方法的优化、使用不同结构形状S iN W和降低传感器德拜屏蔽效应等方法 提高SiN W-F E T传感器的灵敏度，对各种提高灵敏度的方法和对应方法下S iN W-F E T传感器的 检测限或灵敏度进行了对比总结。
最后，总结了提高S iN W-F E T传感器灵敏度的方法和目前亟待解决的问题，并展望了其发展趋势。
关键词：硅纳米线场效应晶体管（SiNW-F E T); —维纳米材料；传感器；灵敏度；检测限(LOD);表面修饰中图分类号：T P212. 3; TB383 文献标识码：A文章编号：1671-4776 (2021) 03_0225-08 Research Progress in Sensitivity of Silicon Nanowire Sensors Fang Min' ,Yan Jiang1 ,Wei Qianhui2,3,Zhang Qingzhu4'5,Wei Shuhua' ,Wang Yanrong1 ,Zhang Zhaohao4,Xiong Enyi',Zhang Shuang1 ,Zhang Jing'(1. School o f In fo rm a tio n Science a n d T e c h n o lo g y，N o rth C hina U n iv ersity o f T e c h n o lo g y，B e ijin g100144,C hina \ 2. S ta te K ey L a boratory o f A d v a n c e d M a teria ls fo r S m a r t S e n s in g,G R I N M G roup Co. L td.»B e ijin g100088, C h in a；3. G R I M A T E n g in e erin g In stitu te Co. L td.♦B e ijin g101402, China-, 4. A d va n c ed In teg ra tedC ircuits R&-D C e n te r, In stitu te o f M icroelectronics yC hinese A c a d e m y o f Sciences% B e ijin g100029 ♦C h in a；5. U n iv ersity o f ChineseA c a d e m y o f Sciences ^B e ijin g100049,C h in a)Abstract：The advantages of silicon nanowire field-effect transistor (SiNW-F E T)sensors based on one-dimensional nanomaterials for the detection of ultra-low concentration biomarkers in the early diagnosis of diseases are briefly described.The importance and necessity of improving the收稿日期：2020-08-25基金项目：国家科技重大专项资助项目（2017Z X02301007-001);中国科学院青年促进会基金资助项目（Y9YQ01R004);中国科学院微 电子器件与集成技术重点实验室开放基金资助项目（E0YS01X001)通信作者：同江，E-mail:*****************.c n;魏千惠，E-mail:********************225撤纳电子技术detection sensitivity of SiNW-FET sensors are proposed.The working principle,detection sensitivity and limit of detection (LOD)of SiNW-FET sensors are introduced.The focus is on improving the sensitivity of SiNW-FET sensors by optimizing the surface modification methods of SiN-W s,using SiNWs with different structures and shapes and reducing the Debye shielding effect of sensors.Various methods of improving the sensitivity and the LOD or detection sensitivity of SiNW-FET sensors with corresponding methods are compared and summarized.Finally,the methods of improving the sensitivity of SiNW-FET sensors and the most urgently resolved current problems are summarized,and the development trends are prospected.Key words：silicon nanowire field-effect transistor (SiNW-F E T)；one-dimensional nanomaterial；sensor；sensitivity；limit of detection (LOD)；surface modificationEEA C C：7230Mo引百随着肿瘤发病率的不断升髙，人类生命安全受 到了极大的威胁，且晚期肿瘤的治愈率非常低，因此对肿瘤的早期筛选在肿瘤治愈中占据了重要地位，对超低浓度肿瘤生物标志物的检测也显得尤为 重要。
《纳米材料电化学传感器制备及其在肼检测中的应用研究》
《纳米材料电化学传感器制备及其在肼检测中的应用研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，电化学传感器因其高灵敏度、高选择性以及低成本的特性，被广泛应用于各种环境监测、食品安全检测等场景。
近年来，纳米材料技术的突破性进展为电化学传感器的性能提升提供了新的可能性。
特别是对于肼（N2H4）这类有毒有害物质的检测，纳米材料电化学传感器的应用显得尤为重要。
本文将详细介绍纳米材料电化学传感器的制备方法，并探讨其在肼检测中的应用。
二、纳米材料电化学传感器的制备1. 材料选择纳米材料因其尺寸效应、量子效应等特性，使得其具有极高的电化学活性。
因此，在制备电化学传感器时，选择合适的纳米材料至关重要。
常见的纳米材料包括金属纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯等。
本研究所选用的纳米材料为石墨烯基纳米复合材料。
2. 制备方法（1）合成石墨烯基纳米复合材料：通过化学气相沉积法或氧化还原法制备石墨烯，并进一步与金属氧化物等材料复合，形成具有高电化学活性的纳米复合材料。
（2）修饰电极：将制备好的纳米复合材料通过物理吸附或化学键合的方式修饰在电极表面，形成电化学传感器。
三、纳米材料电化学传感器在肼检测中的应用1. 原理肼在电化学反应中可发生氧化还原反应，产生电流信号。
利用这一特性，通过测量电流信号的强度，可以实现对肼的定量检测。
由于纳米材料的高电化学活性，其修饰的电化学传感器具有更高的灵敏度和更低的检测限。
2. 实验方法（1）建立实验体系：在含有不同浓度的肼溶液中，使用纳米材料电化学传感器进行检测。
（2）测量与分析：记录不同浓度肼溶液下传感器的电流响应信号，并通过数据分析软件对数据进行处理与分析。
3. 结果与讨论通过实验数据可知，所制备的纳米材料电化学传感器对肼的检测具有较高的灵敏度和较低的检测限。
同时，该传感器对肼的响应速度快、稳定性好，具有良好的实际应用前景。
此外，与传统的电化学传感器相比，纳米材料电化学传感器在肼检测方面具有更高的性能优势。
瑞典科学家控制生长纳米线取得突破性进展
瑞典科学家控制生长纳米线取得突破性进展
佚名
【期刊名称】《集成电路通讯》
【年(卷),期】2010(000)004
【摘要】瑞典科学家在控制生长纳米线研究方面取得了突破性进展，为材料物理学提供了新思路。
其纳米线一维电子（NODE）项目获得了欧盟第六框架计划（FP6）约950万欧元的基金。
【总页数】1页(P36-36)
【正文语种】中文
【中图分类】S831.4
【相关文献】
1.我国科学家在埃博拉病毒研究领域取得系列突破性进展 [J], 方德声
2.中国科学家研究水系锂离子电池取得突破性进展 [J],
3.中国科学家在水稻籼粳杂种不育研究取得突破性进展 [J], 李家洋
4.我国科学家在控制水稻分蘖的新激素独角金内酯信号转导研究中取得突破性进展[J], 本刊讯
5.我国科学家在微波精密测量领域取得突破性进展 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》范文
《ZnO纳米线阵列的可控制备及气敏性研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域展现出巨大的应用潜力。
其中，氧化锌（ZnO）纳米线因其高比表面积、优异的电子传输性能和良好的化学稳定性，在传感器、光电器件、能源存储等领域得到了广泛的研究。
本文将重点探讨ZnO纳米线阵列的可控制备方法，以及其气敏性质的研究进展。
二、ZnO纳米线阵列的可控制备2.1 制备方法ZnO纳米线阵列的制备方法主要有化学气相沉积法、水热法、溶胶-凝胶法等。
本文采用化学气相沉积法（CVD）进行ZnO纳米线阵列的制备。
该方法通过在衬底上加热ZnO源材料，使其在高温下与气相中的氧气发生反应，生成ZnO纳米线。
2.2 制备过程控制在CVD法中，制备过程控制对ZnO纳米线阵列的形态和性能具有重要影响。
通过控制反应温度、源材料浓度、气体流量等参数，可以实现对ZnO纳米线直径、长度、密度等方面的控制。
此外，还需考虑实验环境中的杂质和污染对纳米线性能的影响。
2.3 制备结果分析通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等手段，对制备的ZnO纳米线阵列进行形貌和结构分析。
SEM可以观察纳米线的表面形态和排列情况，XRD则可以分析纳米线的晶体结构和相纯度。
此外，还需对制备过程中产生的副产物和杂质进行分析，以确保纳米线的纯度和性能。
三、ZnO纳米线阵列的气敏性研究3.1 气敏性原理ZnO纳米线具有较高的比表面积和良好的电子传输性能，使其对气体分子具有较高的敏感度。
当气体分子与ZnO纳米线表面发生相互作用时，会引起纳米线电阻的变化，从而实现对气体的检测。
这种基于电阻变化的气敏性原理在气体传感器中具有广泛的应用。
3.2 气敏性实验为了研究ZnO纳米线阵列的气敏性质，我们进行了系列实验。
首先，将制备好的ZnO纳米线阵列置于不同浓度的目标气体中，观察其电阻变化。
其次，通过改变气体种类和浓度，分析纳米线对不同气体的敏感度和响应速度。
纳米电化学生物传感器
纳米电化学生物传感器一、本文概述本文旨在深入探讨纳米电化学生物传感器的基本原理、最新进展以及应用前景。
纳米电化学生物传感器结合了纳米技术、电化学分析和生物识别等多个领域的知识，通过纳米材料独特的物理化学性质以及生物分子的高特异性识别能力，实现了对生物分子、离子、小分子等目标分析物的超灵敏、高选择性检测。
文章首先简要介绍纳米电化学生物传感器的基本概念和分类，然后重点论述其设计原理、制备方法以及性能优化策略。
接着，综述纳米电化学生物传感器在生物医学、环境监测、食品安全等领域的应用实例和最新研究成果。
对纳米电化学生物传感器面临的挑战和未来的发展趋势进行展望，以期为推动该领域的研究与应用提供参考和借鉴。
二、纳米电化学生物传感器的基本原理纳米电化学生物传感器是一种结合了纳米技术、电化学技术和生物识别技术的先进传感器。
其基本原理主要基于纳米材料优异的电学、光学和化学性质，以及生物分子特异性识别的能力，通过电化学转换实现对生物分子的高灵敏、高选择性检测。
纳米材料作为传感器的核心部分，具有大的比表面积、高电导率、良好的生物相容性等特性。
这些特性使得纳米材料在生物传感器中能够提供良好的电子传递通道，增强生物分子与电极之间的电子交换效率，从而提高传感器的灵敏度和响应速度。
生物识别分子，如酶、抗体、核酸等，通过化学键合或自组装等方式固定在纳米材料表面，形成生物识别层。
这些生物识别分子能够特异性地识别目标生物分子，如蛋白质、DNA、细胞等，实现生物分子的捕获和识别。
当目标生物分子与生物识别层发生特异性结合时，会引起纳米材料表面电荷、电位或电导率等电化学性质的变化。
这些变化通过电化学工作站等检测设备进行监测和测量，从而实现对目标生物分子的定性和定量检测。
纳米电化学生物传感器的基本原理涉及纳米材料、电化学和生物识别等多个领域的知识，是一个多学科交叉的研究领域。
随着纳米技术和生物技术的不断发展，纳米电化学生物传感器在生物医学、环境监测、食品安全等领域的应用前景将越来越广阔。
纳米材料在电化学传感器中的应用研究
纳米材料在电化学传感器中的应用研究随着纳米技术的不断发展，纳米材料在各个领域都得到了广泛的应用。
在电化学传感器中，纳米材料也日益受到科学家的关注。
本篇文章将讨论纳米材料在电化学传感器中的应用研究。
1、什么是电化学传感器？首先，我们来了解一下电化学传感器。
电化学传感器是一种利用电化学反应作为转换机构的传感器。
它利用电化学过程中，形成的电流和电势与被检测物质浓度之间的关系，将被检测物质转化为电信号输出，从而实现检测和分析的目的。
2、纳米材料在电化学传感器中的优势纳米材料在电化学传感器中有着独特的优势。
首先，纳米材料具有高比表面积、高反应活性和良好的电化学性能，可以提高传感器的灵敏度和稳定性。
其次，纳米材料具有较小的尺寸和高比表面积，可以提高传感器的响应速度。
再次，纳米材料具有较大的量子尺寸效应和表面效应，可以改变传感器的信号特征和选择性，从而提高传感器的特异性和灵敏度。
因此，纳米材料被广泛应用于电化学传感器的研究和开发中。
3、纳米材料在电化学传感器中的具体应用纳米材料的应用范围非常广泛，下面将介绍几种常见的纳米材料在电化学传感器中的应用。
（1）纳米粒子纳米粒子是指直径在1-100纳米之间的颗粒体，包括金属、半导体、氧化物、石墨烯等多种材料。
纳米金属粒子是最常见的一种，它具有优异的导电性、生物相容性和化学稳定性，可以用于电化学传感器的灵敏度和选择性的提高。
例如，研究人员可以将纳米金颗粒和特定的生物分子结合，例如抗体、核酸等，制备电化学免疫传感器或DNA传感器。
通过测量其电化学信号，可以定量检测生物分子浓度。
（2）纳米线纳米线是指直径在1-100纳米之间、长度在微米到毫米之间的线状物质。
纳米线具有很好的可控性和结构稳定性，可以用于制备传感器的器件和界面。
例如，研究人员可以利用金属或半导体纳米线制备电化学传感器，进行葡萄糖、氨氮、硝酸盐等物质的探测。
（3）纳米薄膜纳米薄膜是指厚度在1-100纳米之间的膜状材料。
纳米电化学生物传感器
纳米电化学生物传感器一、引言随着科技的不断发展，人类对纳米技术的应用越来越广泛。
在医疗领域中，纳米技术以其独特的优势为疾病的诊断和治疗带来了革命性的变化。
本文将探讨纳米电化学生物传感器在医疗领域的应用及发展前景。
二、纳米电化学生物传感器的特点纳米电化学生物传感器是一种将生物传感器与电化学技术相结合的纳米级检测设备。
它具有高灵敏度、高特异性、低能耗、低成本等优点，在生物医学领域具有广泛的应用前景。
三、纳米电化学生物传感器的应用1、疾病诊断纳米电化学生物传感器在疾病诊断方面具有很高的价值。
例如，利用纳米生物传感器可以检测到癌症标记物、病毒、细菌等，为医生提供快速、准确的诊断结果。
2、药物研发在药物研发领域，纳米电化学生物传感器可以帮助科学家们快速筛选出有疗效的药物分子，加速新药的研发过程。
3、个性化治疗通过监测患者的生物标志物，纳米电化学生物传感器可以为医生提供实时、准确的病情信息，有助于实现个性化治疗。
四、纳米电化学生物传感器的发展前景随着纳米技术的不断进步，纳米电化学生物传感器的应用前景十分广阔。
未来，纳米电化学生物传感器将有望实现更灵敏、更准确的检测，为医疗领域提供更全面的支持。
五、结论纳米电化学生物传感器是未来医疗领域的重要发展方向。
它结合了纳米技术、生物技术和电化学技术的优点，具有很高的应用价值和发展前景。
随着技术的不断进步，纳米电化学生物传感器将有望为人类的健康事业带来更大的贡献。
六、一、引言石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，由于其独特的物理和化学性质，如高导电性、高比表面积和出色的化学稳定性，它在许多领域都展示了巨大的应用潜力。
特别是近年来，石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器领域的应用越来越受到。
电化学生物传感器是一种用于检测生物分子或细胞的高灵敏度分析工具，而石墨烯纳米复合材料的应用则使得这些传感器的性能得到了显著提升。
二、研究现状在过去的几年里，关于石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用已经取得了许多突破性成果。
氧化铜纳米线传感器制备及性能研究
氧化铜纳米线传感器制备及性能研究纳米技术在各个领域都有着广泛的应用，其中之一就是纳米传感技术。
纳米传感技术是指利用纳米材料制作传感器，对周围环境中的各种物质进行检测和监测。
氧化铜纳米线传感器是目前比较常用的一种传感器，其制备及性能研究也备受关注。
一、氧化铜纳米线制备技术氧化铜纳米线的制备技术较为成熟，目前有多种制备方法可供选择，如模板法、气相沉积法、溶胶凝胶法等。
其中，模板法是一种比较简单易行的制备方法，具有制备方便、成本低等优点，因此被广泛应用于制备氧化铜纳米线。
模板法制备氧化铜纳米线的具体步骤为：首先需要制备一种纳米模板，如铝箔纳米模板；接着在纳米模板表面涂上一层金属颗粒；然后将涂有金属颗粒的纳米模板放入一种含氧化铜前驱体的化学溶液中进行沉积，等待一定时间后，纳米模板内的氧化铜颗粒就会不断生长，在一定温度和时间的作用下，最终形成一根根纤细的氧化铜纳米线。
二、氧化铜纳米线传感器性能研究氧化铜纳米线传感器的性能主要包括灵敏度、选择性、响应速度、稳定性等方面。
其中，灵敏度是衡量氧化铜纳米线传感器性能的重要指标之一。
研究表明，氧化铜纳米线传感器的灵敏度受多种因素影响，如氧化铜纳米线长度、直径、表面积、晶粒大小等。
其中，氧化铜纳米线的表面积与灵敏度呈正相关，因此需要通过优化氧化铜纳米线形态结构来提高其灵敏度。
此外，氧化铜纳米线传感器的选择性也是一个非常重要的性能指标。
研究人员发现，增加传感器与特定分子的化学键合作用可以提高其选择性，同时也可以通过选择合适的工作温度来达到提高选择性的目的。
响应速度也是氧化铜纳米线传感器需要优化的重要性能指标之一。
研究表明，传感器的响应速度主要受到材料表面与目标分子的反应速率、氧化铜纳米线直径、电化学表面积等多种因素的影响。
因此，在制备氧化铜纳米线传感器时，需要通过优化制备方案来提高其响应速度。
稳定性也是氧化铜纳米线传感器需要关注的性能指标之一。
目前研究表明，氧化铜纳米线传感器的稳定性与其表面电化学性质、表面缺陷密度等因素密切相关，因此需要通过调节氧化铜纳米线的形态结构来提高其稳定性。
电化学纳米生物传感器的研发与应用
电化学纳米生物传感器的研发与应用第一章：绪论随着生物技术的不断发展以及生物分子的快速检测需求的增加，电化学纳米生物传感器成为了一种很有前途的分析技术。
电化学纳米生物传感器利用了电化学技术中的一些基本原理，通过组合电化学方法和生物分子检测的特殊能力，能够提供高灵敏度、高选择性、便携式、实时和非侵入性等优点。
本文主要介绍电化学纳米生物传感器的研发与应用，包括测量生物分子和细胞的电化学特性，纳米制备技术和传感器构建方法等方面。
第二章：电化学纳米生物传感器的原理电化学纳米生物传感器是基于电化学原理和生物分子识别的技术。
与传统的化学传感器相比，纳米生物传感器具有更好的灵敏性和选择性。
它的工作机理主要包括三个部分：信号转换、生物分子识别和放大。
首先，传感器的信号转换部分包括了表面电化学反应、电流测量和Rhodamine B或者其他探针的发光测量等技术。
其次，生物分子识别部分是将具有高选择性的生物分子连接传感器表面，通过生物识别元件与靶分子发生特殊反应来实现特定分子的检测。
最后，放大部分可以通过扩散过程、电极制备和电极表面修饰等方式将生物分子与电化学信号联系在一起，从而实现信号放大和传感器的灵敏度提升。
第三章：电化学纳米生物传感器的制备方法电化学纳米生物传感器的制备方法是传感器性能的重要因素。
它的制备方法可以分为纳米制备和传感器构建两个方面。
在纳米制备方面，常用的方法有溶剂热法、水热法、超声波辅助溶剂热法、辛醇震荡还原法等。
在传感器构建方面，最常用的方法包括吸附法、共价辅助法和电极反应上提法等。
其中，共价辅助法是通过共价键结合将生物分子与电极表面相连，以达到高灵敏度和高选择性的检测。
第四章：电化学纳米生物传感器的应用电化学纳米生物传感器的应用范围非常广泛，可以用于环境检测、医疗诊断、药物研究等方面。
例如，在水中污染检测方面，电化学纳米生物传感器可以依据目标污染物的电化学特性，如电位、电子转移率、轨道能量等，实现对目标污染物的高灵敏度、高精度、快速准确检测。
半导体纳米线紫外光探测器
发展趋势
Honeywell紫外线火焰探测器
3
发展趋势
宽禁带半导体纳米线紫外探测器：
对紫外光非常敏感 ， 能在日盲区（深紫外200-280nm）工作 ，其精 度远远高于硅基紫外传感器。 相比于薄膜制作简单 ， 比表面积高 ，有两个维度上的载波限制 ， 给探测器性能带来很大的提高。
优点：
体积小、灵敏度高、抗可见光干扰能力强、功耗低、寿命长 。有 很高的化学和热稳定性、更好的抗辐射损伤的能力、较低的生长 温度、适合作长寿命器件等。
3
谢谢
12
半导体纳米线紫外光探 测器研究进展
内容概要
1.应用领域 2.工作原理 3.发展趋势 4.前景展望
1
应用领域
紫外光探测器的应用领域：
军事： 导弹预警、制导、紫外通讯、生化分析。 民用： 臭氧检测、 明火探测、生物医药分析、海上油监、太阳照 度检测、公安侦查等。
2
工作原理
紫外光探测器的工作原理：
光电效应 ，采用对光敏感的材料器件制作传感器 ，检测入射光 功率并转换为相应的电流信号。
3
发展趋势
7
发展趋势
研究方向：
GaN基与ZnO基、AlN基、Ga2O3基等宽禁带半导体材料 ： 1 、禁带宽度大（Eg>2.3eV） 2 、热导率很高 3 、击穿电场高 4 、 电子饱和漂移速率大 5 、化学稳定性好 6 、抗辐射能力佳
3
前景展望
未来期望：
1.在紫外光侦测波长区域范围内 ，量子转换效率高； 2.响应速度快； 3.线性输入-输出性质好； 4.工作性能可靠。 科研、军事、航天、环保、防火和许多工业控制领域高灵 敏度、低噪声的紫外探测器成为未来半导体纳米线紫外光 探测器件材料发展的主要方向。
纳米电化学传感器在心血管系统药物检测领域的研究进展
收稿日期：2020-06-25作者简介：黄菲(1979—)，男，湖北武汉人，博士，扬州工业职业技术学院教授级高级工程师，研究方向为仪器分析、化学传感器。
摘要：心血管系统药物属于重要的临床用药，如何对其进行有效的分析与检测一直是研究热点。
电化学方法与其他检测手段相比，简便快速、灵敏度高，被广泛用于该类药物的分析与检验，而性能优异的纳米材料电化学传感器在检测中作用显著。
近十年，心血管系统药物检测研究领域，相关纳米电化学传感器发展迅速，使用的材料类型日益多样化，应用也更为实用化，未来的研究将聚焦于新型非碳基复合纳米材料的开发以及高通量实时在线分析系统的构建。
关键词：心血管系统药物；电化学检测；纳米电化学传感器；非碳基复合纳米材料；实时在线分析系统中图分类号：R969文献标志码：A 文章编号：2096-0425（2020）04-0001-07心血管疾病是一系列心脏和血管病症的统称，包括冠心病、心律失常、心绞痛、心肌梗死、脑卒中、休克、高血压、动脉硬化等，具有高患病率、高致残率和高死亡率等特点，已成为威胁人类健康的“头号杀手”，且患者呈现低龄化的趋势。
[1]该类疾病起病急、病程进展快，心血管系统药物作为紧急情况下的“救命药”，具有极其重要的作用，对该类药物的分析检验一直都是研究热点。
与其他检测手段相比，电化学方法简便快速、灵敏度高，获得了广泛应用，具有独特电子效应、吸附效应和催化效应的纳米材料电化学传感器更是发挥了显著作用，代表着心血管系统药物检测领域未来的发展方向。
鉴于此，本文综述了近十年该领域的研究进展，以期能为相关学科的发展提供助力。
目前，已有的心血管系统药物种类粗略统计不少于一百种，因无法面面俱到，故本研究选取临床常用的6种不同类型的代表性药物进行相关讨论。
1纳米电化学传感器构建基础心血管系统药物大多为多环或杂环化合物，分子结构庞大，位阻较多，电子传递较为困难，不易在普通的裸固体电极上产生电化学响应。
超细旦在纳米生物医学传感器研究中的应用与展望
超细旦在纳米生物医学传感器研究中的应用与展望引言：纳米技术的发展带来了许多创新应用，其中之一就是纳米生物医学传感器。
纳米生物医学传感器利用纳米材料的特殊性质，在生物医学领域中具有广阔的应用前景。
其中，超细旦（nanowires）作为一种重要的纳米材料，以其独特的结构和功能，在纳米生物医学传感器研究中发挥着重要的作用。
本文将从超细旦的制备、生物传感器的原理和实现以及应用领域等方面探讨超细旦在纳米生物医学传感器研究中的应用与展望。
一、超细旦的制备超细旦是一种具有纳米尺寸的细长材料，可以通过多种方法进行制备。
常见的制备方法包括气相沉积、溶液合成、电化学沉积等。
其中，气相沉积是一种常用的方法，通过在高温环境下将气体分子化学反应形成超细旦。
溶液合成法则是通过在溶液中反应生成超细旦，常用的溶液合成方法包括热沉积法、溶胶凝胶法等。
电化学沉积法是利用电化学原理，在电解质溶液中通过电流沉积金属离子形成超细旦。
这些方法都能制备出高质量、可靠性强的超细旦材料，为后续的生物医学传感器研究提供了重要的基础。
二、生物传感器的原理和实现生物传感器是一种能够通过生物分子与目标物质相互作用来检测和测量种种生物学或化学参数的器件。
超细旦在生物传感器中的应用主要是通过其高表面积与体积比以及可调控的电子结构来实现对生物分子的灵敏检测。
常见的超细旦生物传感器包括DNA传感器、蛋白质传感器和细胞传感器等。
DNA传感器是利用超细旦表面的功能化修饰与DNA序列相互作用，实现DNA的检测与分析。
超细旦的高表面积与体积比使其能够承载更多的功能化基团，增强与DNA靶分子的结合能力，从而实现对DNA序列的高灵敏检测。
蛋白质传感器则是利用超细旦表面的生物活性物质与蛋白质相互作用，实现蛋白质的检测与分析。
超细旦的高度可调控的电子结构使其具有很好的信号传输性能，能够实现对蛋白质的高效、高灵敏的检测。
细胞传感器利用超细旦表面的功能化修饰与细胞相互作用，实现对细胞的检测与分析。
纳米线研究进展(2):纳米线的表征与性能(续上期)
纳米线研究进展(2)：纳米线的表征与性能(续上期)
张亚利;郭玉国;孙典亭
【期刊名称】《材料科学与工程学报》
【年(卷),期】2001(019)002
【摘要】本文从纳米线的制备与生长机制、表征、性能和应用几方面综述了纳米线的最新研究进展.着重阐述了激光烧蚀法和模板法制备纳米线的过程及各自的生长机制.对纳米线的电、光、磁性能,及其潜在的应用前景作了介绍.
【总页数】6页(P89-94)
【作者】张亚利;郭玉国;孙典亭
【作者单位】青岛大学化工系,;青岛大学化工系,;青岛大学化工系,
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174,0614
【相关文献】
1.钨晶须/纳米线结构表征及性能研究进展 [J], 马运柱;石玉斌;刘文胜
2.氧化锌纳米线耦合硅金字塔微纳复合结构的制备及其自清洁特性研究 [J], 吴以治;许小亮
3.上海微系统所成功研制微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器仪表研发 [J], ;
4.从高质量半导体/超导体纳米线到马约拉纳零能模 [J], 文炼均;潘东;赵建华
5.上海徼系统所等研制出微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
非焊接式纳米线机械性能测试器件结构设计
非焊接式纳米线机械性能测试器件结构设计杜林;饶进军;吴智政;刘梅;曹宁【摘要】纳米线机械性能测试中,常见MEMS器件大都采用焊接或沉积方式固定纳米线,限制了器件寿命和测试重复性.针对焊接方式测试的不足,设计了一种非焊接式纳米线机械性能测试MEMS器件.在静电叉指和支撑梁结构的基础上,设计了利用梁刚度差进行夹紧和拉伸操作的结构,其中设计了V型结构以避免焊接纳米线.利用有限元仿真软件进行了仿真验证,确定了最优结构尺寸,V型缝隙夹角小于22.5°时能满足纳米线机械性能测试要求,所设计器件提高了测试器件的重复利用率.%In researches about mechanical properties of nanowires,welding methods,such as FIB and EBID which are most common methods used to fixed nanowires,reduce devices lifetime and repeatability. In order to overcome the shortcomings of the welding method,a new MEMS device without need of welding or depositing was designed in this paper. Basing on the electrostatic interdigital structure and bearing beam structure,a clamping and stretching structure using the rigidity difference was designed,in which a V-shaped structure is designed to avoid welding or depositing. It was simulated and validated by FEA, and the optimal structure was obtained. When the angle of V-shaped gap is less than 22. 5°, it can meet the requirements of the mechanical properties of nanowires, and improve application repeatability.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2017(030)006【总页数】5页(P831-835)【关键词】微机电系统;机械特性;刚度差;非焊接式;静电驱动;接触滑移【作者】杜林;饶进军;吴智政;刘梅;曹宁【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TK513.5一维纳米线作为机电系统、电路互连的重要基石,其机械性能的好坏将直接影响器件根本性能[1],而纳米线机械性能测试是一个非常复杂和困难的工作[2]。
纳米线传感器件的研究及其应用
纳米线传感器件的研究及其应用彭英才;刘利;范志东;周子淳;刘绰【摘要】一维纳米材料具有优异的电子输运性质与光学性质,在场发射器件、场效应器件、传感器件、发光器件以及光伏器件中具有广阔的应用前景.本文介绍了纳米线在化学传感器和生物传感器,如H2传感器、O2传感器、CO传感器、NO2传感器、pH传感器、DNA传感器和病毒传感器等方面的应用现状及其研究进展.着重评论了各种纳米线传感器的灵敏度、响应时间和稳定性等特性,并对纳米线在其他传感器中的应用进行了展望.【期刊名称】《河北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(035)003【总页数】7页(P330-336)【关键词】一维纳米结构;化学传感器;生物传感器;技术对策【作者】彭英才;刘利;范志东;周子淳;刘绰【作者单位】河北大学电子信息工程学院,河北保定 071002;河北大学电子信息工程学院,河北保定 071002;河北大学电子信息工程学院,河北保定 071002;河北大学电子信息工程学院,河北保定 071002;河北大学电子信息工程学院,河北保定071002【正文语种】中文【中图分类】TM914.4Key words: one-dimensional material; chemical sensors; biosensor; technical strategies第一作者:彭英才(1948-)，男，河北曲阳人，河北大学教授，博士生导师，主要从事硅基纳米结构光电信息薄膜材料的沉积生长、结构表征、电学特性、光学特性与量子器件的研究.E-mail：******************在纳米科学技术研究中，纳米传感器是一个非常重要的研究领域[1-2]．随着现代科学技术的迅速发展，传感器在物理、化学、生物、医学以及自动化等技术检测领域的作用愈发重要，同时也对传感器在灵敏度、选择性、稳定性、响应时间以及使用寿命等方面都提出了越来越高的要求．因此，各种新型传感器材料的开发与应用越来越受到人们的重视，其中，纳米线传感器受到了人们的广泛关注．这主要是因为纳米材料具有巨大的比表面积和界面，对外部环境的变化十分敏感．温度、光、湿度和气氛的变化均会引起表面或界面离子价态和电子输出的迅速改变，而且响应快，灵敏度高．因此，利用纳米固体的界面效应、尺寸效应、量子效应等，可制成丰富多彩的传感器[3-5]．本文评述了各类纳米线化学传感器与生物传感器的制作及其响应特性，并对纳米线传感器今后的研究重点以及发展趋势进行了展望．1.1.1 SnO2纳米线H2传感器SnO2是一种具有优异气敏传感特性的氧化物半导体．Fields等[6]利用SnO粉体，在1 000 ℃无催化剂等条件下，热蒸发合成了SnO2纳米带，并组装了单根SnO2纳米带传感器．结果指出，当H2在N2与H2混合气体中的质量分数为2%时，该传感器温度在20~80 ℃时的灵敏度大于50%，而且不随温度发生变化，其响应时间短于220 s，室温下的功率低于10 nW，图1a示出了SnO2纳米带传感器灵敏度随温度的变化．其后，Huang等[7]采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺生长了SnO2纳米带，并构建了气体传感器．在室温条件下，该传感器可以检测到100 mg/L的H2，表明它具有灵敏的气体响应特性、良好的可重复性与可逆性．Jeong 等[8]利用Pd和Sn的共沉积制备了SnO2纳米线，由图1b可以清楚地看到，在H2气氛中SnO2传感器的电导急剧增加，其ΔG/G0=500%．而在大气条件下，其ΔG/G0值将急速减小．而且在每一个变化周期，其电导都得到了近完全恢复，这意味着Sn/Pd在SnO2纳米线表面的共沉积有效增加了室温下纳米线的传感特性．1.1.2 Pd纳米线H2传感器Pd纳米线具有很高的气敏特性，尤其是对H2有着一种固有的吸附特性，并且Pd纳米线可以采用多种化学合成方法进行制备，具有很大的工艺灵活性．Yang等[9]在H2质量分数为0.2%~1.0%时，研究了尺寸为25×85 nm的Pd纳米线H 2传感器在N2和大气2种情形下的传感特性，实验发现：1)无论是N2还是大气，随着其中H2的含量增加，其传感器灵敏度急剧增加；2)当N2和大气中的H2含量相同时，N2气氛中Pd纳米线的探测灵敏度更高．这是由于在大气中O2的存在导致了Pd纳米线表面H2的化学吸附浓度减小，从而导致电阻响应值减小．Zeng等[10]采用超小Pd/Cr纳米线网络制作了高性能的H2传感器，并研究了Cr缓冲层对传感器性能的影响，实验测试了厚度为4 nm Pd纳米线网络传感器与厚度为2 nm Pd/2 nm Cr纳米线网络传感器的H2响应特性．二者在H2缺乏情形下，前者的基准电阻可高达10 MΩ，而后者仅有几kΩ．这是由于Cr的引入而导致Pd纳米线网络电阻的急剧减小．Lim等[11]采用纳米打印技术制作了具有快速响应和低泄漏检测的柔性Pd纳米结构传感器，发现该传感器对于3 500 mg/L的H2质量浓度，其响应时间为18 s，而对50 mg/L的H2质量浓度，其响应时间为57 s．该柔性传感器的制作为具有实际应用的量产化传感器开发奠定了重要技术基础．1.1.3 其他纳米线H2传感器除了SnO2纳米线与Pd纳米线2种H2传感器之外，人们发现Pd纳米粒子覆盖 GaN，ZnO以及WO3等纳米线呈现出良好的气敏传感特性．Sennik等[12]在850 ℃下，利用热化学气相沉积法制备了Pd覆盖的GaN纳米线，进而制成了H2传感器，在室温条件下研究了50~5 000 mg/L内的电阻随时间的变化．结果表明，随着H2质量浓度从50 mg/L的不断增加，传感器的电阻变化也不断增加．当H 2质量浓度为5 000 mg/L时，其电阻值从36.0 Ω急增至37.2 Ω．Lim等[13]在室温下和H2的质量浓度为200~1 500 mg/L时，研究了由Pd覆盖的GaN纳米线H2传感器的电阻随时间的变化．结果表明，与没有Pd覆盖的GaN纳米线相比，具有Pd覆盖的GaN纳米线显著改善了气敏传感特性，其响应灵敏度达到了10-6量级．这是因为Pd的覆盖将有效催化H2分子的离解，使H原子扩散到Pd/GaN界面，从而改变纳米线的电阻．Ren等[14]同样在室温条件下和20~4 000 mg/L的H2质量浓度，实验测定了由Pd纳米粒子覆盖的ZnO纳米线H2传感器的气敏响应特性，发现当H2质量浓度从20 mg/L增加到4 000 mg/L时，样品的灵敏度从3.7%增加到10.17%，如此高的敏感度归因于覆盖的Pd纳米粒子催化了吸附的与解离的H原子之间的反应．2006年，Feng等[15]利用化学气相沉积法在980 ℃，400 cm3/min的N2下，汽化蒸发0.1 g的Ga制备了β-Ga2O3纳米线．利用单根β-Ga2O3纳米线制作了实现快速响应的O传感器，图2a示出了该传感器的电流-时间曲线．由图2a可以看出，当没有254 nm的紫外波长照射时，纳米线中的响应率很低，因此其电流也是很小的．由于O2的化学势垒低于β-Ga2O3的导带，当β-Ga2O3纳米线暴露在O2中时，将被化学吸附在其表面，并导致电子从纳米线向O2分子的转移，从而在β-Ga2O3纳米线表面形成离子．由于载流子浓度很低，大部分的自由电子将被吸附的O所俘获．其后，Xue等[16]以具有大量晶粒边界的单根ZnSnO3纳米线制作了性能优异的O传感器．当O的气压从3.7×104 Pa降低到1.0×10-4 Pa时，流过单根ZnSnO3纳米线的电流则从1.20×10-7 μA迅速增加到3.78×10-1 μA，即增加了6个数量级，这种独特的传感特性归因于ZnSnO3纳米线中晶粒边界势垒在不同O2气压下的调制效应，图2b示出了ZnSnO3纳米线的电流随O2气压P的对数变化．其后，Hu等[17]采用肖特基接触实现了ZnO纳米线O传感器的超灵敏度和快速响应探测．结果证实，基于肖特基接触的ZnO纳米线传感器最高的探测灵敏度可达3 235%，探测响应时间为30 s，这一灵敏度值是欧姆接触情形的1 085倍．这是因为O原子在肖特基势垒表面的吸附增加了势垒高度，从而导致了电导的改变．最近，Niu等[18]进一步研究了肖特基势垒结构柔性ZnO纳米线O传感器在不同O2气压下传感器的电流随偏置电压的变化．结果显示，在+1 V偏置条件下，当O2气压从2 128 Pa增加到93 100 Pa时，其电流将从899 nA减至401 nA．而在-1 V偏置条件下，在相同变化的O2气压范围内，电流从-106 nA减小到-7.92 nA．这是由于O的吸附作用，将在ZnO纳米线表面形成电子的耗尽区，从而减小了纳米线中的载流子密度．特别是O原子在肖特基接触表面的吸附增加了肖特基势垒高度，故使总电流得以减小．对于CO气体进行检测，无论在化学分析技术中，还是对人们的日常生活都具有重要意义．Huang等[19]采用PECVD工艺和后退火处理方法制备了尺寸为φ7×100 nm 的SnO2纳米棒，并实验研究了其CO传感特性．图3a示出了Rair/Rco随温度的变化，其中Rair和Rco分别是该纳米棒在大气和大气中含有1 000 mg/L CO气体时的电阻．可以看出，当温度为250 ℃时，SnO2纳米棒的检测灵敏度达到最大值31.7，不同温度下Rair/Rco比值的这种变化起因于CO分子在SnO2纳米线表面的吸附和解吸．CuO纳米线CO传感器的气敏特性也已经由Liao等[20]研究，图3b示出了100~500 mg/L的CuO纳米线对CO气体和乙醇的传感特性．可以看出，在相同的浓度下CuO纳米线对CO具有更好的传感特性和较短的响应时间(<10 s)．更进一步，这是由于CO分子吸附在CuO纳米线表面时，将在Cu2+空位处形成Cu—CO化学键．该化学键将对金属贡献出1个电子，同时从Cu向CO贡献1个电子，因此增强了CO分子同O自由基之间的反应，最终导致传感特性的增强．In2O3纳米线因其独特的气敏特性被应用于CO气体传感器．当CO分子在In 2O3纳米线表面吸附后，其近表面区域成为电子的耗尽区，由于化学吸附O 原子自由基与CO气体分子之间的化学反应导致电子向In2O3纳米线中进行转换，因此使其电导发生改变．当CO的质量浓度为5 mg/L时，其响应敏感度为104，响应时间为130 s和恢复时间为50 s．此后，Zou等[21]研究了掺Mg的In2O3纳米线场效应晶体管的CO传感特性，发现该传感器具有超好的气敏响应特性，其响应时间可低达4 s，探测质量浓度极限为0.5 mg/L．除了各种类型的H2，O2与CO纳米线传感器之外，NO2纳米线传感器也已被人们广为研究．β-Bi2O3是一种重要p型半导体，由于它具有独特的光学与电子特性，所以被广泛应用于气体传感器、光伏太阳能电池以及光催化反应等．Gou等[22]采用溶液合成方法制备了Bi2O3纳米线气体传感器，发现它对NO2气体具有很高的探测灵敏度．结果发现，Bi2O3纳米线传感的NO2响应特性远优于Bi2O3纳米带与纳米棒，其气体响应时间短于10 s，此值远小于普通的商业NO2传感器．Offermans等[23]采用气-液-固(VLS)生长方法制备了垂直InAs纳米线阵列，并研究了其NO2的气体传感特性，结果显示，当NO2在N2中的质量浓度为0.009~1.700 mg/L，10 min内可以很容易地探测到质量浓度低达0.115 mg/L的NO2气体，其信噪比大于10．在气体探测过程中器件电流的减小，是因为NO2作为电子受主的作用，因为电荷转移使得表面电子积累层中电子密度减小的缘故．2011年，Paul等[24]研究了InSb纳米线的NO2探测特性，结果显示，随着NO2浓度的增加，传感器的电阻随之增加，这是由于从InSb纳米线表面向吸附的NO2气体分子发生了电荷转移，使得InSb纳米线表面电子密度将进一步减小．Cuscuna等[25]采用Au催化的PECVD生长沉积了高密度的Si纳米线，并制作了具有芯片规模的超高灵敏度NO2传感器．该传感器可以探测到低达0.01 mg/L质量浓度的NO2气体．Sun等[26]采用V型槽蚀刻方法制备了芯片级SnO2纳米线传感器，并实现了0.05~0.5 mg/L的NO2气体探测．实验发现，当SnO2纳米线由Pt纳米粒子覆盖后，其气敏检测得到了明显改善．1.5.1 纳米线H2S传感器大家知道，H2S是一种剧毒气体，当环境中的质量浓度超过250 mg/L时可以导致人的死亡，因此发展具有高灵敏度和高可靠性的H2S传感器是十分必要的．迄今，人们已采用CuO纳米线、WO3纳米薄膜、ZnO纳米棒和CuO-SnO2纳米带等制作了H2S气体传感器．而在各类纳米结构H2S传感器中，由V2O5和Ag2O合成的β-AgVO3纳米线传感器显示出优异的H2S传感特性，质量浓度在50~400 mg/L，其检测灵敏度随H2S浓度的增加而单调增强，其传感响应时间仅为20 s．Xue等[27]在350 ℃下制备了ZnO种子层，然后利用化学腐蚀的方法制备了ZnO纳米线阵列，并制作了H2S质量传感器．结果表明，随着H2S质量浓度的增加，其灵敏度线性增加，最低探测质量浓度为100 mg/L，这是由于随着H2S浓度的增加，可以引起更多的O分子从ZnO纳米线表面被解吸，这样将导致电荷耗尽层厚度的减小，同时使纳米线的电导增加．而当H2S质量浓度超过1 700 mg/L后，由于表面吸附空位与H2S质量浓度的相互竞争过程，敏感度随H2S质量浓度的增加呈现出饱和趋势．1.5.2 纳米线乙醇传感器在气体传感研究中，乙醇气体的传感特性研究不容忽视，这是因为它在生物、化学和食品工业，特别是在酿酒业和交通安全领域，人们对其有着重要需求．Song等 [28]制备了直径为100～150 nm的介观(m)ZnO-SnO2混合结构的纳米带，并研究了其乙醇传感特性，其结果表明该纳米带在5~4 000 mg/L时均呈现出了超好的敏感特性和重复性．当乙醇质量浓度为5，50，100，500，1 000，2 000和4 000 mg/L时，其敏感度分别为4，12，8，21，88，155，268和423，其响应时间仅为3 s和恢复时间为8 s．此外，ZnO-SnO2和ZnO-SnO2 2种样品在室温300 K下随着乙醇质量浓度的增加，其灵敏度随之增加．当乙醇质量浓度达到10 000 mg/L时，灵敏度出现饱和现象．1.5.3 纳米线pH传感器pH传感器广泛应用于各类研究中，如环境监测、食品加工以及化学分析等．由于各种纳米线结构具有大的比表面积与表面活性，所以纳米线pH传感器的研究日渐引起人们的重视．2009年，Avdic等[29]采用Sb纳米线制作了pH传感器，证实该传感器的灵敏度可达55.9 mV/pH，此值接近于理论极限59.15 mV/pH，其响应时间仅有10 s．最近的2项工作值得注意，一是Ahh等[30]制作了双栅Si纳米线场效应晶体管，二是Upadhyay等[31]采用InAs纳米线场效应晶体管，二者均成功用于pH的检测．就前者而言，对于双栅场效应晶体管，其检测灵敏度达到了68 mV/pH．对于后者来说，其探测灵敏度达到了48 mV/pH．纳米线生物传感器主要用于医学领域的DNA与各种病毒的检测等，尤其是DNA的定量测定，对于肝炎B病毒或其他疾病的预防具有重要意义．Gao等[32]利用Si纳米线制作了常规场效应晶体管生物传感器，实现了对DNA的实时和无标记探测．结果指出，随着DNA浓度的增加，电流的变化随之增加，该传感器能够探测到的极限浓度可低达0.1 fmol/L(10-14mol/L)．接着，该小组又研究了具有循环放大作用的Si纳米线传感器的信噪比(SNR)增强特性．当DNA浓度为1 fmol/L时，其SNR值大于20，这是由于其探测信号得到有效增强的缘故．而未加调整的Si纳米线在相同DNA浓度下，其电流变化是很小的．这意味着，这种Si纳米线生物传感器可用于DNA的快速和无标记探测．除此之外，Chinesa等[33]采用Si纳米线生物传感器完成了复合DNA修复的早期检测，他们证实该纳米传感器能够探测发生在纳米线-液体表面的多线DNA链的健合．各类病毒是导致人类患病的最主要诱因之一．在医学领域中，对各种生物毒素的实时快速检测是预防各种疾病发生的有效措施．2009年，Ishikawa等[34]采用In2O3纳米线生物传感器实现了对SARS病毒的检测，其灵敏度可与常规的免疫生物学探测方法相比拟．其后，Gao等[35]采用Si纳米线场效应传感器件，对初态病原(PSA)进行了成功的高灵敏度探测．当电压为0.45 V时传感器具有最好的信噪比．当纳米线的跨导gm=2 800 nS/V时，所探测到的极限为0.75 pmol/L．Huang等[36]采用多晶Si纳米线场效应晶体管生物传感器完成了对PSA的实时和无标记探测，并研究了该传感器电流随PSA浓度的变化．结果表明，随着PSA浓度的增加，其漏电流呈线性增加趋势，最低的探测浓度为5 fg/mL．纳米材料具有巨大的比表面积和界面，对外部环境的变化十分敏感，利用纳米固体的界面效应、尺寸效应、量子效应等，制成各种传感器．而纳米线传感器尺寸小、精度高，丰富了传感器的理论，推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域，如医疗、生物、微电子、信息技术以及国防科技等．作为纳米结构传感器领域的重要组成部分，纳米线传感器受到了人们越来越多的关注，在提高传感器灵敏度和响应时间的同时，还应注意以下几方面的工作：1)新材料和新的异质节接触的研发，制作出选择性好，对单一气体灵敏度高的传感器；2)对现有纳米线传感器的工作原理进一步研究，找到影响传感器灵敏度的关键因素并加以改进，以提高传感器的性能；3)加大对有机/无机混合材料的研究，研制出成本低，响应时间短，稳定性好，功耗低的混合结构传感器;4)研究纳米线传感器在其他领域的应用．随着纳米工艺的不断发展，相信纳米线传感器将会在更广阔的领域得到更深入的研究和应用．[1] 穆丽璇. 基于硅纳米线的光响应化学传感器研究[D].北京：中国科学院研究生院, 2008.MU Lixuan. Silicon nanowires-bast flrouescence chemosensors [D]. Beijing: Chinese Academy of Science, 2008.[2] 曹渊, 袁庆华, 夏之宁. 纳米线传感器研究进展[J]. 化学通报, 2008, 71(11): 816-821.CAO Yuan, YUAN Qinghua, XIA Zhining. Advance on nanowire sensor[J]. C henistry, 2008, 71(11): 816-821.[3] CHEN X, WONG C K Y, YUAN C A, et al. Nanowire-based gas sensors[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2013, 177: 178-195.[4]YOGESWARAN U, CHEN S M. A review on the electrochemical sensors andbiosensors composed of nanowires as sensing material[J]. Sensors, 2008, 8( 1): 290-313.[5]DAN Y, EVOY S, JOHNSON A T. Chemical gas sensors based on nanowires[ J]. Eprint Arxiv, 2008, 0804：4828.[6] FIELDS L L, ZHENG J P, CHENG Y, et al. Room-temperature low-power hydrogen sensor based on a single tin dioxide nanobelt[J]. Appl Phy s Lett, 2006, 88(26):263102-263104[7] HUANG H, LEE Y C, TAN O K, et al. High sensitivity SnO2 single-nanorod sensors for the detection of H2 gas at low temperature[J]. Nanotechnology, 2009, 20(11):115501-115505[8]JEONG S H, KIM S, CHA J, et al. Hydrogen sensing under ambient condition s using SnO2 nanowires: synergetic effect of Pd/Sn codeposition[J]. Nano Lett, 2013, 1 3(12):5938-5943[9]YANG F, KUNG S C, CHENG M, et al. Smaller is faster and more sensitive: T he effect of of wire size on the detection of hydrogen by single palladium nanowires[J]. ACS Nano, 2010, 4(9);5233-5244.[10]ZENG X Q, WANG Y L, DENG H, et al. Networks of ultrasmall Pd/Cr nanowir es as high performance hydrogen sensors[J]. ACS Nano, 2011, 5(9):7443-7452.[11] LIM S H, RADHA B, CHAN J Y, et al. Flexible palladium-based H2 sensor with fast response and low leakage detection by nanoimprint lith ography[J]. Appl Mater Interface, 2013, 5(15):7274-7281.[12] SENNIK E, KILINC N, ÖZTÜRK Z Z. Temperature-dependent H2 gas-sensing properties of fabricated Pd nanowires using high oriented pyrolyti sc graphite[J]. J Appl Phys, 2010, 108(5):054317-054317-7[13]LIM W, WRIGHT J S, GILA B P, et al. Room temperature hydrogen detection using Pd-coated GaN nanowires[J]. Appl Phys Lett, 2008, 93(7):072109-072109-3[14] REN Shoutian, FAN Guanghua, QU Shilianq， et al. Enhanced H2 sensitivity at room temperature of ZnO nanowires functionalized by Pd n anoparticles[J]. J Appl Phys, 2011, 110(8):084312-084312-6[15]FENG P, XUE X Y, LIU Y G, et al. Achieving fast oxygen response in individu al β-Ga2O3 nanowires by ultraviolet illumination[J]. Appl Phys Lett, 2006, 89(11):1121 14-112114-3[16]XUE X Y, FENG P, WANG Y G, et al. Extremelys high oxygen sensing of indiv idual ZnSnO3 nanowires arising form grain boundary barrier modulation[J]. Appl Phys L ett, 2007, 91(2):022111-022111-3[17] HU Y, ZHOU J, YEH P H, et al. Supersensitive, fast-response nanowire sensors by using Schottky contacts[J]. Adv Mater, 2010, 22(30):3327-3332.[18]NIU S, HU Y, WEN X, et al. Enhanced performance of flexible ZnO nanowire based room-temperature oxygen sensors by piezotronic effect[J]. Adv Mater, 2013, 25(2 7):3701-3706.[19]HUANG H, TAN O K, LEE Y C, et al. Semiconductor gas sensor based on tinoxide nanorods prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition with postplasma treatment[J]. Appl P hys Lett, 2005, 87(16):163123-163125.[20]LIAO L, ZHANG Z, YAN B, et al. Multifunctional CuO nanowire devices: p-type field effect transistors and CO gas sensors[J]. Nanotechnology, 2009, 20(8):164-171.[21] ZOU X, WANG J LIU X, et al. Rational design of sub-parts per million specific gas sensors array based on metal nanoparticels d ecorated nanowire enhancement-mode transistors[J]. Nano Lett, 2013, 13(7): 3287-3292.[22] GOU X, LI R, WANG G, et al. Room-temperature solution synthesis of Bi2O3 nanowires for gas sensing application[J]. Nanotechnology, 2009, 20(49):4 95501-495501-5.[23]OFFERMANS P, CALAMA M C, BRONGERSMA S H. Gas detection with verti cal InAs nanowire arrays[J]. Nano Lett, 2010, 10(7):2412-2415.[24]PAUL R K, BADHULIKA S, MULCHANDANI A. Room temperature detection of NO2 using InSb nanowire[J]. Appl Phys Lett, 2011, 99(3):033103-033103-3.[25] CUSCUNA M, CONVERTINO A, ZAMPETTI E, et al. On-chip fabrication of ultrasensitive NO2 sensors based on silicon nanowires[J]. Appl Phys Lett, 2012, 101(10):1031 01-103105.[26] SUN G J, CHOI S W, JUNG S H, et al. V-groove SnO2 nanowire sensors: fabrication and Pt-nanoparticle decoration[J]. Nanotechnology, 2013, 24(2):025504-25511.[27] XUE Xinyu, NIE Yuxin, HE Bin, et al. Surface free-carrier screening effect on the output of a ZnO nanowire nanogenerator an d its potential as a self-powered active gas sensor[J]. Nanotechnology, 2013, 24(22): 225501-225501-6.[28]SONG X, WANG Z, LIU Y, et al. A highly sensitive ethanol sensor based on mesoporous ZnO-SnO2 nanofibers[J]. Nanotechnology, 2009, 20(7): 3029-3035.[29]AVDIC A, LUGSTEIN A, SCHÖDORFER C, et al. Focused ion beam generated antimony nanowires for microscale pH sensors[J]. Appl Phys Lett, 2009, 95 (22):223106-223103-3.[30] AHN J H, KIM J Y, SEOL M L, et al. A pH sensor with a double-gate silicon nanowire field-effect transistor[J]. Appl Phys Lett, 2013, 102(8):083701-083705.[31]UPADHYAY S, FREDERIKSEN R, LIORET N, et al. Indium arsenide nanowire fi eld-effect transitor for pH and biological sensing[J]. Appl Phys Lett, 2014, 104:2 03504-203504-5.[32]GAO Anran, DAI pengfei, LI Tie, et al. Enhanced sensing of nucleic acids with silicon nanowire field effect transistor biosensors[J]. Nano Lett, 2012, 12(10):5262-5268.[33]CHIESA M, CARDENAS P P, OTON F, et al. Detection of th early stage of rec ombination DNA Repair by silicon nanowire transistors [J]. Nano Lett, 2012, 12(3):1275-1281.[34] ISHIKAWA F N, CHANG H , CURRELI M, et al. Lable-free electrical detection fo the SARS virus N-protein with nanowire biosensors utilizing antibody mimics as capture pro bes[J]. ACS Nano, 2009, 3(5):1219-1224.[35]GAO X P, ZHENG G, LIEBER C M. Subthreshold regime has the optimal sens itivity for nanowire FET biosensors[J]. Nano Lett, 2010 10(2):547-552 [36] HUANG Y W, WU C S, CHUANG C K, et al. Real-time and label-free detection of the prostate-specific antigen in human serum by a polycrystalline silicon nanowire field-effect transistor biosensor[J]. Anal Chem, 2013, 85(16):7912-7918.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
纳米线传感器研究进展曹渊袁庆华夏之宁∗(重庆大学化学化工学院重庆 400044摘要纳米线传感器具有尺寸小、灵敏度高、响应快和能耗低的优点,在化学及生物等领域有广泛的应用前景, 已成为研究的热点。
本文从制备、组装和应用等方面评述了基于纳米线的气体及生物传感器的研究进展,并对纳米线传感器的应用前景进行了展望。
关键词纳米线制备组装传感器Advance on Nanowire SensorCao Yuan, Yuan Qinghua, Xia Zhining(College of Chemistry and Chemical Engineering , Chongqing University , Chongqing 400044Abstract Due to the small size, high sensitivity, real time detection, fast response and ultra-low power demands, nanowire sensors are being investigated for detection of a wide range of chemical and biochemical species. The advances in gas sensors and biosensors based on nanowires including their fabrication, assembly, functionalization and applications had been addressed. Finally, the development of this field in the future was prospected.Keywords Nanowire , fabrication, assembly, Sensor传感器在微型化、自动化、选择性、稳定性、灵敏性、响应时间和使用寿命等方面的要求越来越高, 新型传感材料的开发应用越来越受到重视。
采用新材料制作新型传感器已成为研究的重要方向之一, 以纳米线作传感器敏感材料的研究尤其引人注目。
这主要在于一维纳米材料有巨大的比表面积、很高的表面活性,所以对周围环境尤其敏感。
目前,纳米线传感器研究已取得不少重要成果, 本文从纳米线的制备、纳米线传感器的组装及其应用等方面对其进行综述。
1 纳米线的制备制备纳米线主要依据以下几种原理 :1利用固体固有的各向异性结晶结构来实现一维方向的生长, 2 引进液 -固界面降低结晶种子的对称性, 3 利用各种模板(DNA 或氧化铝等来制备一维纳米结构, 4 利用过饱和控制来修饰成核种子的生长习性和5 利用合适的催化剂控制成核种子不同晶面的生长速率。
方法上可分为物理方法和化学方法。
物理方法采用光、电技术使材料在真空或惰性气氛中蒸发,然后使原子或分子结合形成纳米线,如热蒸法 [1,2]、激光烧蚀法 [3]等。
化学方法一般采用“自下而上” 的方法, 即通过适当的化学反应, 从分子、原子出发制备纳米材料,可分为化学气相沉积法 (CVD [4]、模板法 [5]、氧化物辅助法 [6]、水热法 [7]等。
一种好的方法应该是纳米结构的生长及性能、形态的控制协同进行。
物理方法大多需要用到昂贵的设备和苛刻的实验条件,比较而言,化学方法显得更为灵活有效。
用作传感元件的纳米线主要有半导体纳米线、金属纳米线及导电高分子纳米线。
制备方法的综述已较多 [8]。
2 纳米线传感器的组装对纳米线进行合理的排列和搭接是将其用于传感器的关健步骤。
主要用到两类方法, 其一是利用宏观场力 (如电场,磁场对纳米线进行组装,其二是利用模板的空间限域效应来进行组装。
国家自然科学基金项目 (207759096和科技部国际合作项目 (2006DFA43520资助2008-02-22收稿, 2008-04-09接受电场驱动组装要求材料能够导电,如金属、半导体等。
Duan 等 [9,10]将在加有50~100 V电压的两个电极之间的衬底上滴加一滴分散了 InP 纳米线的溶液,溶液中的纳米线在电场作用下自组装排列成平行的纳米线阵列, 如果再在垂直方向上加一个电场, 重复以上组装步骤, 即可获得一个十字结。
Smith 等 [11]将一对梳状电极相互交叉地组装在 SiO 2衬底上,再将分散了金纳米线的溶液滴加到这两列电极间, 当在两个电极之间通入交流电时, 纳米线就极化而按电力线排列, 导致两个不同电极邻齿间的桥联, 这样就可测量金纳米线的电学性质, 也可用施加电场的方法将纳米线首尾相联成链。
Hermanson 等 [12]利用交流电场成功将悬浮在水溶液中的金纳米颗粒组装形成长度超过 5 nm、能自我修复的细微导线。
Zande 等 [13,14]通过电场辅助使溶胶中的单根金纳米线排列到电极上。
Englader 等 [15]用电场实现了 Si 纳米线的排列。
磁性纳米线则可用磁场进行组装。
Tanase 等 [16]以多孔氧化铝做模板, 用电化学的方法制备得到 Ni 纳米线,再在其表面修饰上一层荧光卟琳分子,在高粘度的 16烷 -18烷混合溶剂中,施加磁场后这种 Ni 纳米线自动排布成平行阵列。
Crone 等 [17]利用磁场作用,巧妙地实现了 CuSn 合金纳米线在两个 Ni 电极间的有序排列。
Jiang 等 [18]通过改进传统静电纺丝装置,发明了一种“磁电纺”技术。
在传统静电纺丝中加入两块平行排列的永磁铁,将磁性纳米颗粒加入用于电纺的高分子溶液中,磁化的高分子溶液在高电压的作用下形成纳米纤维;这种含有磁性粒子的纤维在磁场作用下顺着磁力线方向排列,形成平行排列的纳米纤维阵列。
相对于随机沉积来说,宏观场力的方法更简便,容易通过调节电场、磁场强弱来实现对组装体系的控制。
但是此类方法也有一定局限,首先,它们只对能在电场中极化或者具有磁性的物质才适用;其次,只能在平行于电场、磁场的方向上实现纳米线的分离,在垂直于场的方向上难以分离;再则,当需要进行复杂组装,比如构筑纳米线的功能网络时,所需要的复杂微电极制备起来也很困难。
利用固体模板的空间限域效应对纳米材料进行组装,则无上述限制。
1997年, van Blaaderen 等 [19]曾利用固体模板的空间限域效应完成了对零维纳米材料的组装,制备了三维有序的超晶格结构。
Yin等 [20~22]利用高分子模板对多种单分散的球形粒子进行组装,制备了相应的阵列。
但这些研究旨在探讨各向同性的零维量子点的组装规律, 而一维纳米材料的各向异性,及其本身制备上的困难,使得利用模板法对其进行组装的研究还很不充分。
制备有序纳米线的二维组装结构常用的方法还有 Langmuir-Blodgett 膜技术。
Lieber 等 [23]将 L-B 膜技术与光刻技术结合,控制平行排列的纳米线的间距达到 nm 到μm 级别,可得到平行或交叉的多层结构, 并转移到任意表面, 进行光学刻蚀, 得到有序可控的分层纳米阵列结构。
Tao 等 [34]用 LB 技术组装了 Ag 纳米线。
Messer 等 [25]将微流体与模板技术结合,得到了成行排列的 [Mo3Se 3–]∞ 纳米线。
使用带有μm 级通道的聚二甲基硅氧烷(PDMS 模板,溶液注满以后,在真空中蒸发溶剂,就得到在通道边缘成行排列的分子线阵列。
Huang 等 [26]进一步发展了这种方法,通过设计高分子模板孔道的方向, 获得纳米线交叉结构, 系统研究了流速对纳米线排列程度的影响和沉积时间对纳米线密度的影响, 并通过对 2×2纳米线网络输运性能的测量证明的确形成了电导性的功能网络。
3 纳米线气体传感器纳米线气敏传感器具有常规传感器不可替代的优点:1 纳米固体材料具有庞大的界面, 提供了大量气体通道,从而大大提高了灵敏度; 2 工作温度大大降低和 3 大大缩小了传感器的尺寸。
3.1 NH3与NO 2传感器Zhang 等 [3]将高纯硅纳米线用金属银胶体固定在 2个电极上,制成硅纳米线化学传感器 , 对 NH 3气、空气中的水蒸汽具有很好的检测能力。
当 N 2 和 NH 3气的混合气体以一定速度通过时,硅纳米线的电阻从1×1013Ω降到了1×1010Ω,显示出良好的传感特性。
Zhang 等 [27]用单根氧化铟纳米线制成室温晶体管传感器,用于 NO 2及 NH 3气体的检测, 灵敏度比普通薄膜型传感器高 4~5个数量级,在紫外光照射下,其恢复时间可被缩短至 30s 以内。
Wang 等 [28]用热蒸法制备出 ZnO 纳米线,涂在石英晶体电极表面,构成石英谐振式气敏元件, 当被测气体分子吸附在气体敏感膜上时, 敏感膜的质量增加, 从而使石英振子的谐振频率降低。
谐振频率的变化量与被测气体的浓度成正比。
研究表明,在室温下 ZnO 纳米线对浓度在 40~1000×10-6的氨气有很高的检测灵敏度和重现性,频率也很稳定。
Sawicka 等 [29]以金属氧化物凝胶 -溶胶与聚合物溶液的混合物作前驱体, 用电纺技术制备出 WO 3 纳米线,纳米线的直径随凝胶 -溶胶的浓度和溶液流速减小而增加。
WO3纳米线和 WO 3凝胶 -溶胶作敏感元素检测 NO 2气体的传感特性对比研究表明,无论是灵敏性、响应时间,还是检测限度,纳米线都更优异。
Ramgir 等 [30]用热蒸法制备了 Ru 掺杂的 SnO 2纳米线, 对 NO 2及空气中的液化石油气 (LPG有很好的响应。
传感器的传导性在室温下对暴露在空气中的 NO 2显示出 3个数量级的变化。
此外, Ru 对 LPG 是优良的感光剂,纳米线在 250℃对 LPG 敏感。
Ru 的量对调节器件敏感性和降低操作温度至关重要。
3.2 湿度传感器Wu 等 [31]用水热法制备了 TiO 2纳米线, 通过浸涂的方式与四乙氧基硅烷(TEOS及 Nafion 复合制得一种湿气敏感膜,涂敷在一对 Au 电极上,在空气相对湿度低于 76%时,显示出中等的灵敏度、较短的响应和恢复时间、长期稳定性。
Su等[32]用 TiO 2纳米线 /聚 (磺酸 2-丙烯酰氨 -2-甲基丙烷酯 (PAMPS复合膜涂敷石英晶体微天平用作低湿度传感器, TiO 2质量分数为 50%的复合膜显示出优异的灵敏度 (在 31.5 ppmv 时为(2.63−ΔHz/Δppm v ,其中的 ppm v =(水蒸汽体积 /总体积×106 、线性关系 (R 2 =0.9959 、较快的响应时间(在 34.6 ppm v 时为 64 s。
Zhang 等 [33]用气相转移法在与 Pt 电极结合的硅基表面形成了 ZnO 纳米线膜,研究表明这种纳米复合膜的电阻随相对湿度增加而减小,显示出对湿度高度敏感、好的长期稳定性和快速响应性。