《世界上最快氢传感器诞生》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-05-29
  • 据国外网站报道:氢气是一种清洁和可再生的能源载体,可以为车辆供电。唯一的排放物是水。不幸的是,氢气与空气混合时是高度易燃的,因此需要非常准确而高效的传感器来检测氢气使用过程中可能出现的泄露。现在,来自瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员首次展示了世界上最快的氢传感器,以满足氢动力汽车未来的性能指标。

    研究人员的突破性成果最近发表在著名的科学期刊“自然材料”(Nature Materials)上。该成果为一种封装在塑料材料中的光学纳米传感器。传感器在金属纳米颗粒被照射并捕获可见光时发生光学现象。当环境中的氢气量发生变化时,传感器便会改变颜色。

    微型传感器周围的塑料不仅仅是用于保护,还是传感器的关键部件。它通过加速氢气分子吸收到可检测到的金属颗粒中来减少传感器的响应时间。同时,塑料层作为对环境的有效屏障,可以防止任何其他分子进入和影响传感器。因此,传感器可以高效且不受干扰地工作,使其能够满足汽车行业的严格要求 - 能够在不到一秒的时间内检测到空气中0.1%的氢气。

    这是目前世界上最快的氢传感器,而且该传感器结构稳定,不会随时间变化,且由于有塑料层的保护而不需要经常校准。氢传感器还可用于其他领域,如电力网络行业、化学和核电行业需要高效的氢传感器。此外,氢传感器并且还可以帮助改善医疗诊断。

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  • 《世界首条柔性人造触觉神经诞生》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-06-08
    • 从南开大学获悉,该校电子信息与光学工程学院徐文涛团队与美韩两国科学家合作,研发出了世界上首条柔性人造触觉神经,让更智能的人造皮肤离现实又近了一步。这一研究成果在最新一期国际刊物《科学》上全文发表。 人类皮肤是极为复杂的系统,其中有成千上万个感受器用于感知压力、温度、位置等信息。这些信息被转化成神经信号,在外围神经和中枢神经中逐级传送。如果能让机器人拥有类似皮肤的触觉,可以感知温度、压力,甚至具有神经活动,那么它们将“解锁”更多新技能。中美韩三国科学家实验中利用柔性有机材料成功地模拟制造出来类似人体SA-I触觉神经,这种人造感知神经由3个核心部件组成:电阻式压力传感器、有机环形振荡器、突触晶体管。该系统首先利用一系列感受器感知极为细微的压力,并产生相应的电压变化,随后通过环形振荡器(人工神经纤维)将电压变化转变为电脉冲信号。多个环形振荡器得到的电信号被突触晶体管集成转变为突触电流,进而传递到下一级神经。 据介绍,这种人造神经能够很好地模拟人类皮肤触觉功能,能够与生物体神经信号兼容,开创性地制造出了柔性人造感知神经,并实现了人造神经与动物神经形成的杂化反射弧。研究人员已成功利用其与蟑螂腿实现的连接以及运动控制,初步证实了这种兼容性。 这种人工神经触觉系统具有良好的生物兼容性、柔性和高灵敏度,它可应用于假肢中与人体神经系统相兼容的感知的实现,柔性轻质的结构将使相关产品具有很好的舒适性,对神经系统疾病治疗具有潜在意义。同时,这种人造神经可应用于软体机器人,使其实现类似人类感知,并在极端环境中替代人工作。
  • 《二氧化钛助力新一代纳米尺度机械应力光学传感器的诞生》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-08-02
    • 来自洛桑联邦理工学院、德国和法国的科学家发现了一种廉价而丰富的锐钛矿型二氧化钛具有新的特性,这一特性使二氧化钛有望成为室温纳米传感器机械应力的光学读出材料。 测量纳米世界中的机械应力是材料科学和工程中的一个重大挑战。突破的关键是将能够对机械应力作出反应的廉价纳米尺寸材料与简单的检测方案相结合。一种可行方法就是开发具有光学读出的传感器。然而,到目前为止,还没有任何纳米材料在施加机械应力时以简单且可预测的方式改变其吸光性能,尤其是在室温条件下。如果能够拥有这种材料,那么在许多传感应用中将有极大的用途,比如用于生物科学和计量学中的传感器件。 与此同时,位于洛桑超大科学中心洛桑联邦理工学院的Majed Chergui实验室与Max-Planck实验室的Angel Rubio理论团队和Le Mans大学的Pascal Ruello理论团队合作,证明了二氧化钛锐钛矿型纳米粒子可以彻底改变这一领域。 二氧化钛是一种廉价而丰富的材料,已广泛应用于光电池、光催化、透明导电衬底、防晒霜、油漆、水和空气净化等领域。Chergui和他的同事们最新进展发表在了最近的 Nano Letters期刊上,他们的研究表明二氧化钛具有光学读出功能,是开发纳米级室温应变传感器的最有前景的候选材料。 实验中,研究人员在室温条件下向二氧化钛纳米粒子中发射了机械应力波,并在材料主吸收带附近监测了它们的光学响应,称为激子。他们发现,在施加机械应力下,纳米二氧化钛的光响应强度发生了变化。这种简单的反应与所有目前已知材料的行为不一致,后者对机械应力的光响应是不一致的。这些新发现为基于单个激光频率调谐激子共振的光学读出传感器的发展铺平了道路。 由于二氧化钛已经被嵌入到大量的设备中,并且有广泛的专业知识可将其与其他系统相结合,所以这些发现有望在纳米尺度上产生新一代的机械应力光学传感器。 Edoardo Baldini(这篇文章的第一作者,现在麻省理工学院)说:“这一观测是应用深紫外线新型超快激光技术实现的。我们预计这一实验方法在不久的将来会为纳米领域的研究带来更令人兴奋的发现。”