普渡大学电子电气工程教授AshrafAlam表示,他和他的博士生PradeepNair采用了一种系统化的方式来整合各种设计规则,因此他们已经有了一个一致的框架来改进传感器的设计。为了测试他们的传感器设计规则,他们着手研究哪种纳米尺度的传感器设计最适合通过目标分子进行传感的应用。
研究人员在过去发现,当感测单个分子(如烟雾探测器或生物和化学探测器)时,感测组件越小越好。然而,尚未证明其原因与目标分子的扩散有关,目标分子的扩散会限制传感器运行的速度。
阿拉姆和奈尔声称,上述理论已经得到证实。首先,他们将传统的平面传感器组件与圆柱形单纳米管传感器组件进行了比较,结果显示,较小的圆柱形传感器的灵敏度至少高100倍,这足以证明越小越好的理论。
原因更令人惊讶——工程师们原本认为纳米级传感器更好,因为传感元件的尺寸与待传感的分子接近,但普渡大学的研究人员推翻了上述想法,指出纳米级圆柱形传感器优于平面传感器的原因是目标分子会从正面扩散到平面传感器的表面,而圆柱形纳米管传感器没有所谓的“正面”。
阿拉姆指出,当使用纳米级圆柱形传感器时,所感测的分子将来自四面八方,因此其灵敏度将优于传统的平面传感器。
然而,尽管圆柱形纳米级传感器具有高灵敏度,但是其制造困难。一些传感器设计者使用纳米复合材料(也称为nanonet)来感测元件,并使用几个圆柱形的纳米管或纳米线来形成纳米线簇。然而,Alam指出,这种传感器并不优于单纳米线传感器。
此外,研究人员还研究了纳米点传感器,因为球形传感器看起来应该比圆柱形传感器更敏感,因为分子可以从更多的方向接触传感元件。然而,根据他们的模型,球形纳米传感器并不比Binet更有优势。阿尔弗雷德赖斯线或纳米管传感器。