纳米力电传感器

项目背景：随着科学技术的进步，纳米技术、信息技术及生物技术将成为新世纪社会经济发展的三大支柱。纳米科技的兴起，对我国提出了严峻的挑战，同时也为我国实现跨越式发展提供了难得的机遇。纳米材料是纳米科技的基础，功能纳米材料对信息 、生物、能源、环境、宇航等高科技领域，将产生深远的影响，拥有广阔的应用前景 。然而我们发现，虽然纳米技术高速发展，对材料的要求越来越严格，对机械部件的精度也越来越高。但由于这些高精尖的特种设备多是是处在极端状态下运行的，后期维护上存在一定难度，很少能发现这些零部件所出现的疲劳损伤，而这些损伤往往是纳米级别的，仅凭肉眼和普通显微镜是无法辨别的。这些微小的损伤在零部件使用后期往往会存在重大的安全隐患，最终造成重大的损失和安全事故。 2013年 11月，在山东青岛发生了一次严重的石油安全事故，造成了 62人死亡，其中包括 6名的消防员 ，数百人受伤，直接经济损失达 75亿元。据悉该事故的主要原因是输油管路一排水暗渠交汇处管道腐蚀编报破裂，原油泄漏，流入排水暗渠，挥发的油气与暗渠中的空气混合形成易燃易爆气体，在相对封闭的空间内积聚，最终造成这次重大安全生产事故。此外在航天领域，火箭或者飞船的每次发射都要确保万无一失，否者对航天人来说都是一次重大的安全损失。由于航天器在起飞，空间运行，回收等过程中都是处在一系列极端环境中，对航天器的各组成部分，各零件的要求都是极高的。例如飞行器的燃料箱，存放着液态的各种气体燃料，存在着极高的腐蚀性。所以对燃料箱的表面涂层有极高的要求。如果燃料箱在长期的使用中或者说在生产中由于某些疏忽而产生了微小裂缝，那么在航天器的运行中可能直接造成航天器的爆炸等情况，对航天员来说绝对是一个重大的生命安全挑战。其实这样的例子在其他领域还有很多。例如军工设备的生产中，由于战备存储 过久，往 往造 成武器装备失效 。细微 的差别 往 往 会 造 成 重 大 的 损失 ， 而 这 些细微 的差别却 又是不容 易别 发 现 的 。 基 于 这 些 安 全 的

思考，我们的初步想法是研究出一套方案，一个设备去发现消除这些安全隐患。由于酿成事故的材料缺陷常常是极其微小的，所以我们想到了纳米级半导体传感器。利用半导体传感器极易受外界条件影响的特性进行数据反馈。再者由于特种设备的生产比较复杂，对于设备部件的检测最好做到经济性。所以我们可以利用力学扫描探针进行探测，而且其对待测设备不会产生破坏，具有更高的实效经济性。最后，考虑到以上几点，我们初步决定做经济型纳米力电半导体传感器，希望我们的研究出的成果能够在相关应用领域能减少事故，提供安全保障。项目简介：本项目旨在研究经济型半导体纳米力电传感器。 这是 一种新型的纳米传感器。利用 AFM探针充当感应器，力电反馈系统充当接收器。 AFM探针整体尺寸小，能在纳米级分辨率上感应着材料表面的不均匀性，利用传感器转化为电流信号，在电流图像或伏安曲线上体现出来。因而，这整个体系就可以看做是一个纳米传感器 。实际生产运用中，材料整体结构的表层或内部常常发生微小的损伤，在一定的条件下，不易察觉地发展为材料的巨大缺陷。导致材料突然失效，使机械构件不能圆满的完成指定功能，更严重的还会引发大型机械事故。因此，生产实际中往往需要对材料中某些微小的缺陷进行检测。既有的检测方法会造成对材料的破坏和浪费，而射线、超声、磁粉、渗透等无损 检测 方式，对材料的性能、种类要求高，或因设备昂贵等原因广泛的应用起来有较大的困难，且难以察觉材料中十分微小的损伤。经济型半导体纳米力——电传感器运用纳米科学技术，在纳米尺度上控制、操纵力学探针，能够将微弱的信号放大为宏观电学信号，在微观检测领域有着明显优势。该纳米传感器 操作简单、方便，得到的信息丰富、一目了然。项目特色与创新：本项目创新采用纳米技术制作的纳米级半导体传感器，通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器 ,其线度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜 ,使得压力传感器进入了微米阶段。目前这一技术很少被使用。