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牛津大学研发智能MOF光子传感器

时间:2018-01-12 点击数:812

导语:预防犯罪、预防恐怖主义、环境监测、可重复使用的电子产品、食品安全,这些可能只是一个新的化学能够颠覆的深远领域的一小部分。


光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。

光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电传感器通常由三部分构成,它们分别为:发送器、接收器和检测电路。

发射器带一个校准镜头,将光聚焦射向接收器,接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源,这些小而坚固的白炽灯传感器就是如今光电传感器的雏形。

接收器有光电二极管、光电三极管及光电池组成。光敏二极管是现在最常见的传感器。光电传感器光敏二极管的外型与一般二极管一样,只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口,以便于光线射入,为增加受光面积,PN结的面积做得较大,光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下,并与负载电阻相串联,当无光照时,它与普通二极管一样,反向电流很小称为光敏二极管的暗电流;当有光照时,载流子被激发,产生电子-空穴,称为光电载流子。
此外,光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。角反射板是结构牢固的发射装置,它由很小的三角锥体反射材料组成,能够使光束准确地从反射板中返回。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角,使光束几乎是从一根发射线,经过反射后,仍从这根反射线返回。

MOFs是高度可调的,被称为“固体分子海绵”,具有吸收和响应一些溶剂和气体的能力。它们由高度多孔的骨架构成,其中金属原子被有机连接分子桥接。这些框架的物理和化学特性可以设计成允许科学家控制材料的精确功能。

牛津大学工程系多功能材料与复合材料(MMC)实验室负责人Jin-Chong Tan教授表示:“这种新材料具有卓越的物理和化学性能,将为许多非常规应用打开大门。MOF材料变得越来越智能化,进一步的研究可以用于工程智能传感器和多功能设备。”

该团队已经积极采取措施将这一技术转化为社会影响,并于2017年7月与三星电子澳门皇冠注册合作提交专利。未来数月,研究人员将探索这些材料的医疗应用,例如部署光化学传感器内置诊断性手持呼吸试验仪,适用于糖尿病等病症。

最近,这项突破性的研究获得欧洲研究理事会(ERC)合并捐赠240万欧元的奖励。这笔资金将支持Tan教授的团队开发基于MOF材料技术的智能光子传感器。


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