业界动态

新型离子迁移谱检测法实现过氧化爆炸物快速检测

大连化学物理研究所李海洋研究团队在新型过氧化爆炸物检测方面取得新进展，他们采用试剂分子辅助光电离正离子迁移谱，结合时间分辨热解析进样技术，实现了TATP和HMTD在复杂基质中的二维分离检测，检测时间低于10s，灵敏度达到纳克量级。

TATP和HMTD由于其原料易得、合成简单、容易引爆、威力强，越来越多地被应用于恐怖袭击中，如今年3月22日发生在比利时的连环爆炸案、2015年11月发生在巴黎的恐怖袭击以及2005年7月发生在英国伦敦的地铁及巴士连环爆炸案中均使用了TATP。

负离子模式离子迁移谱技术（IMS）已经成功应用于硝基类爆炸物如TNT、RDX等的高灵敏检测。各类依据IMS的炸药探测仪大量安装在机场、地铁等，用于爆炸物的稽查。但是新型TATP和HMTD炸药，由于不含有硝基等电负性基团，很难被负离子模式IMS检测；另外在实际使用过程中，TATP和HMTD通常被隐藏在复杂基质中，而基质干扰物的存在会严重影响它们的检测。为此，研究人员发展了试剂分子辅助光电离正离子迁移谱，结合时间分辨热解析进样技术，通过利用TATP/HMTD和基质干扰物挥发性的不同，实现了它们在复杂基质中的二维分离检测，检测时间低于10s，检测限分别达到23.3和0.2ng。

该新型的离子迁移谱检测方法拓宽了爆炸物的检测种类，降低了爆炸物的漏检率，在机场、地铁等公共场所的安检中具有广阔的应用前景。谱瑞科技（大连）有限公司已经与研究组签订2000万的专利转让和专利使用合作协议，正在着手将此最新技术整合到已经量产的爆炸物离子迁移谱检测仪中，并将在市场上大力推广，使其成为我国公共安全的利器。

新型光载流子辐射技术强化半导体材料特性测量

半导体材料是微电子器件和光伏器件的基础材料，其杂质和缺陷特性严重影响器件性能。随着微电子器件集成度和光伏器件转换效率的提高，对半导体原材料的要求越来越高。为了满足工业化生产的需求，相应地要求材料检测方法具有更高的灵敏度和更快的测量速度，同时避免对材料产生损伤。载流子是半导体材料的功能载体，其输运特性决定了各种光电器件的性能，包括载流子寿命、扩散系数和表面复合速率等。光载流子辐射技术是实现对载流子输运参数进行同时测量的一种全光无损检测方法，但该方法在载流子输运参数的测量表征中仍然存在一些局限，如理论模型的适用性、参数的测量精度和测量速度等。

中国科学院光电技术研究所的一个研究小组针对上述问题，以传统半导体硅材料为研究对象，建立非线性光载流子辐射模型，并在此基础上分别提出了多光斑光载流子辐射技术和稳态光载流子辐射成像技术，通过仿真计算和实验测量证实了上述技术的有效性。

多光斑光载流子辐射技术可以完全消除测量系统仪器频率响应对测量结果的影响，提高载流子输运参数的测量精度，以电阻率为0.1～0.2Ω∙cm的P型单晶硅为例，提出的多光斑光载流子辐射技术将载流子寿命、扩散系数和表面复合速率的测量不确定度从传统的±15.9%、±29.1%和＞±50%降低到±10.7%,±8.6%和±35.4%。另外，稳态光载流子辐射成像技术由于简化了理论模型和测量装置，测量速率大大提高，具有较大的工业化应用潜力。

世界上最灵敏的NO2敏感材料，探测ppb 级NO2气体

近年来，一系列理论及实验结果表明：金属氧化物半导体材料的表面缺陷能够提高其对NO2分子的吸附能力，同时也能够高效地促进电子从半导体的导带转移至NO2分子，从而有效地提高其检测灵敏度。因此，通过对材料表面缺陷的调控实现对NO2的超灵敏检测具有重要研究价值。

目前，已被广泛研究的表面缺陷类型为单电子氧空位缺陷（VO），然而另一种坐落于SnO2表面的缺陷—超氧复合自由基（Sn4+- O2-）却未被引起足够的重视。与VO 缺陷中心相比，电子在超氧复合自由基上理论上更容易与NO2分子发生作用从而增强灵敏度，原因在于电子坐落于吸附的O2分子上，远离SnO2晶格对其的束缚。然而，这种具有特殊结构的缺陷与材料灵敏度的关系还未被研究过。

我国新疆理化技术研究所窦新存团队为了在材料表面引入这种缺陷，设计并构建了热力学不稳定的制备条件，以极不稳定的SnCl4作为原料，利用冰浴控制反应温度以阻止其激烈的水解反应，再利用高温高压的水热环境瞬间打破前驱体溶液的亚稳态从而获得缺陷。由此成功地将超氧复合自由基引入材料表面，以此制备的传感器对ppb浓度量级的NO2具有超灵敏的传感特性，对200ppb的NO2响应高达35350倍，可以说是目前世界上最灵敏的NO2传感材料。

科研人员通过实验还首次证明了材料表面超氧复合自由基数量的微小改变就能引起材料敏感性能的巨大变化。基于这种材料的传感器具有长期稳定性，良好的重复性、选择性，以及在紫外光下迅速恢复等一系列优异的传感特性，可为传感器的工业化生产提供有力的保障。

通过控制SnO2表面缺陷控制NO2传感器灵敏度示意图

新型纳米磁性薄膜成就超高灵敏度微波探测器

射频微波探测器是微波系统中的重要电子器件，近年来，随着通信技术的迅速发展，对未来微波探测器提出了更高的需求，如对微弱信号（μW以下）的高灵敏度检测，以及功耗低和易于小型化、集成化。利用电子自旋特性而不是电子电荷属性来构建微波探测器，有望解决上述挑战。

器件结构及测试原理示意图

苏州纳米技术与纳米仿生研究所曾中明团队利用薄膜制备技术，精确控制纳米磁性薄膜的界面特性，巧妙地在“磁性自由层/隔离层/磁性固定层”三明治纳米结构中，使自由层的磁矩垂直于薄膜平面，而固定层的磁矩平行于薄膜平面。由于两磁性层的磁矩成近90°排列，极大地提高了自旋注入效率。该结构具有优异的微波探测性能：在1nW的微弱信号作用下，其探测灵敏度高达75,400 mV/mW，是半导体Schottky 二极管探测器探测极限的20倍。同时，该器件体积是半导体微波探测器的1/50，易于集成。此外，该器件可在零磁场下工作，消除了对外加磁场的依赖，简化了器件结构，降低了功耗，为设计新型高灵敏的纳米微波器件提供了重要指导。

薄膜式接近传感器非接触式探测人体动作和呼吸

日本产业技术综合研究所在1月27日东京“Printable Electronics 2016”上，展出了一款非接触式静电电容型薄膜式接近传感器，可在使用者感觉不到的情况下，检测人的动作和呼吸，

该传感器的工作原理与平板电脑触摸面板相同。由于正面和背面电极的尺寸不同，周围存在电场，当有人靠近时，部分电力线面向人会发生静电容量变化。传感器通过读取这一变化，就可检测出有人靠近。采用了不会被普通地板和床垫等屏蔽的频率加载交流电压（此次采用200kHz），即使传感器安装在物体背面也可以检测出来。通过采用一种新开发的丝网胶印方法，一次热处理烧结出内外两面电极，时间短，成本低。

产品主要是面向居家护理，构建家用医护系统，建立基于测量数据发现事故和疾病先兆的技术。例如积累每天身体和生活信息的数字数据并加以分析和使用，防止跌倒等事故的发生。

研究人员正对产品进行小型化和无线化，以保证临床应用安全性和实用性。提高系统灵敏度，以检测心率及脉搏。开发二维阵列化产品，探测人体三维动作。

便携式生命体征监测系统

加拿大滑铁卢大学的研究人员采用“编码血流成像技术”开发了一种监测生命体征的便携式非接触式血流监测系统，可在不与皮肤直接接触的情形下监测人体动脉点的血流。

传统监测系统采取身体某一处的血液脉冲读数。而新装置则可测量身体不同部位的血液流动，并传送到电脑，以进行连续监测。这类似于监测整个城市的交通流量，而非只监测某个交叉路口的车流量。

研究人员称，连续收集身体不同部位的数据，为准确了解身体运行状况提供了更完整的画面。该装置还可一次性及远程扫描多位患者，因此在大规模紧急救护或长期护理方面具有很大的应用潜力。

该技术为监测生命体征提供了更多的预测手段，应用范围也更为广泛。可有效改进心血管疾病的监测和预防，进而为老年患者提供更大的独立性。同时，其非接触式特性，对于高度传染性疾病患者、处于重症监护的婴幼儿患者来说也是理想的检测工具。

废水重金属清除机器人

最近出版的《纳米快报》杂志报导了德国马克斯•普朗克研究所开发的一种微型机器人，能迅速清除工业废水中的污染物和重金属，经回收处理后还能循环利用，有望带来一种高效经济的污水净化方法。

这种微型机器人主要清除废水中的铅，是一种由三层结构组成的微管：最外层是氧化石墨烯，可吸收水中的铅；中间层是镍，让微管有磁性，能通过外部磁场控制它们的运动方向；内层是铂，在水中加入过氧化氢后，铂能把过氧化氢分解为水和氧气，形成微小泡泡，从后面推动微管前进。

每个微型机器人比人头发还细小，可以成千上万地投放到废水中，自主推进、捕获水中的重金属，再用磁场回收，用酸溶液除去铅离子后再利用。这是把智能纳米设备用于环境治理的一种新用途。这项研究距开发出智能修复系统更近了一步。将来还可用自动化系统来控制更大数量机器人，通过磁场引导它们完成各种任务。

自动系鞋带智能运动鞋

今年 3月中旬，耐克在为期两天的纽约新产品和新技术发布活动上展示了一款能自动系鞋带的运动鞋HyperAdapt Trainer 1.0，这款运动鞋在脚后跟处安装了传感器，当用户穿上运动鞋时，传感器被激活，调节运动鞋大小以适应用户的脚掌，侧方两颗按钮则帮助用户控制鞋带松紧，以保证达到用户想要的舒适度。设计采用中性风，电池供电，一次充电3小时，可使用约14天。运动鞋将于2016年假期开售，耐克希望凭借这一技术在竞争日趋激烈的运动鞋市场抢占先机。

彪马也计划于今年推出同类型的AutoDisc跑鞋，短跑名将博尔特去年曾在自己的Instagram帐号里展示了该运动鞋的原型。这双跑鞋运用了彪马全新研制的AutoDisc自动系带技术，基于经典DISC旋钮鞋带装置，运用电力支持来实现自动系带功能。鞋舌处的自动Disc装置内部安置的电机可以带动鞋款实现自动收缩功能，从而让鞋面与用户的足部线条完美贴合。其中底采用了彪马近年主推的Ignite缓震中底，不管是走路还是跑步脚感都相当不错。另外，Disc装置有光源效果，带有酷炫的发光效果。充电方面，配有充电头和两根USB线可以为两只鞋同时充电。

Digitsole公司则将在9月推出其首款Smartshoe，拥有自动收缩和开启功能，有加热系统可改变鞋内温度，通过手机APP控制， 运动数据、卡路里消耗等数据都可以通过鞋底部的传感器同步到APP中。与此同时，传感器还能实时监控鞋底的磨损程度，告诉你什么时候该更换了。

不怕手湿手脏的指纹识别

据相关研究部门预计，到2020年所有智能设备将配备生物识别技术，而指纹识别是最主要的方法。但是，指纹识别对于手指条件仍然有很大的限制，被自己的手机拒之门外的事情时有发生。

美国一家专门从事超声生物识别技术研究的企业Sonavation公司声称，其最新推出的SonicTouch嵌入式指纹传感器，利用超声波技术认证指纹，可以解决手湿手脏问题。屏幕厚度只要低于400μm，新技术就可以捕捉指纹的凹凸纹路，就算手指潮湿脏污、油腻都不影响使用，准确率高。

SonicTouch由于采用3D触摸技术，使用超声而非物理读取手指信息捕捉指纹，所以可以直接“固定”在设备的防护玻璃上隔着玻璃读取指纹，保持了玻璃的完整强度。由于再不必在屏幕玻璃上为指纹传感器专门打孔，所以其主要应用领域——智能手机、平板电脑、可穿戴设备和其他设备等都可能重新设计，这可能是一种“改变游戏规则”的技术。

据介绍，SonicTouch被称作是最先进的物联网和移动设备超声波生物测量学认证模块。它是一款完整的解决方案，能够整合在包括从智能手机到钥匙链再到家庭安全系统在内的各类设备中，用户能把它添加到任何现有设备上，而无需拆卸零部件或改变其设计。

Sonavation首席执行官卡尔•维恩兹表示：SonicTouch目前正与3家“全球一线”厂商合作，把SonicTouch技术整合到它们未来的产品中。