．奈米傳感器可望實現電池監測應用

Lithium Battery Model with Thermal Effects for System Level Analysis

來源：超界产业联盟

根據瑞典公司Insplorion，與創新諮詢機構RISE Acreo的研究發現，透過區域性表面電漿共振（LSPR）技術，可望在電池監測、生物感測等應用中，大量生產低成本的奈米測量器。

研究人員們的初探性研究 - 「為電池應用實現小型化學奈米傳感器系統」（Miniaturization of a nanensensor system for batteries），驗證了打造低成本光纖感測器系統的可能性，可望滿足電池監測，以及體內診斷和製造產業等，其他應用的需求。研究人員採用Insplorions的奈米等離子感測（NPS）技術進行這項研究。NPS的技術基礎，就在於利用了所謂「區域性表面電漿共振」（LSPR ）的物理現象。

這項研究的目的，是探索設計基於NPS的光纖感測器系統，並以低成本實現大規模生產的可能性。

Insplorion執行長Patrik Dahlqvist表示：「該研究計劃的重要結論，是證實我們能夠用大量元件，實現具有競爭力的製造價格，以及瞭解它如何以大量製造擴大規模。」

我們可以為適合利基型應用的首批電池，打造低廉的感測器系統。然而，這還需要經過一些技術的發展與驗證，才能打造進入廣泛市場的感測器系統」。

LSPR技術是在金屬奈米顆粒中，傳導電子的一種，連貫性集體空間振盪作用，它能經由近可見光直接激發。共振條件（即可激發LSPR的光波長/顏色）由奈米顆粒的電子特性，其尺寸、形狀和溫度，以及奈米顆粒附近的介電環境等，各種組合而限定。

奈米等離子感測利用金屬奈米顆粒（通常是銀或金），作為區域性感應元素，提供了獨特的性質組合；包括超高靈敏度，小樣本量/體積（取決於感測器的奈米顆粒尺寸，通常約在50-100尺寸範圍內），以及實現快速，即時（毫秒時間解析度）遠端讀取的能力。

　　NPS晶片的奈米架構

在Insplorion申請專利中的NPS晶片架構中，感測是透過在透明基底上，非互動的相同金屬奈米圓盤，之奈米製造陣列實現的。然後用其上沉積的樣品材料（如奈米顆粒薄膜）的介電間隔層薄膜（僅幾十奈米）覆蓋該金屬圓盤陣列（感測器）。

感測器奈米顆粒接著被嵌入於感測器，除了經由LSPR偶極場外，在實體上並不與所研究的奈米材料相互作用。後者滲透穿過間隔層，並在其表面及其表面附近，存在相當大的強度，因此能感測該位置的電媒介變化。

研究公司Future Market Insights表示，全球表面等離子共振市場預計將於2017年 - 2027年間以6.3％的複合年成長率成長，並將於2027年達近近13億美元的營收。

為了實現更高的產量與效能，來自醫院、診所、門診手術中心，護理中心和參考實驗室等，終端使用者對於高階，表面等離子共振的需求持續增加，將為長期使用表面等離子共振技術帶來機會，並推動進一步的成長。

成像系統將是其中最大的細分市場之一，別是隨著越來越多的免標籤檢測技術，取代標籤檢測技術的趨勢進展。其他也預計會有顯著成長的細分市場是生物感測器。

最近的一項應用，強調來自中國蘇州大學的研究，該研究將LSPR技術用於智慧窗戶，使其得以應用環境情況調整特性，而無需任何人工干預。

這項研究基於熱致變色材料的適應性行為，可因應溫度變化而改變顏色。原型智慧窗戶利用LSPR，將來自環境太陽光的光子轉換為區域性熱能。這觸發熱致變色窗戶，從透明切換到不透明，以阻擋進一步射入的陽光。