钻石量子传感器可更精准监测电动车电池

钻石量子传感器可更精准监测电动车电池东京工业大学研究人员提出了一个解决电动汽车低效的方案。在发表于6日《科学报告》杂志上的研究中，该团队报告了一种基于钻石量子传感器的检测技术，该技术可以在测量电动汽车大电流时，以1%的精确度估计电池电量。电动汽车低效的一个主要原因是对电池电量估计不准，电池的充电状态是基于电池的电流输出来测量的，据此可估计车辆的剩余行驶里程。通常情况下，电动汽车电池的电流可达到数百安培，能够检测到这种电流的商用传感器无法测量毫安级别的电流的微小变化，导致在估计电池电量时约有10%的模糊性，这意味着电动汽车的续航里程可延长10%。此次研究中，该团队使用两个钻石量子传感器制作了一个原型传感器，这两个传感器放置在汽车母线（进出电流的电子接头）的两侧。他们使用了“差分检测”技术，消除了两个传感器检测到的共同噪声，只保留了实际信号，从而能在背景环境噪声中检测到10毫安的小电流。研究团队对两个微波发生器产生的频率进行了模拟—数字混合控制，以在1千兆赫的带宽上追踪量子传感器的磁共振频率。他们发现，磁共振频率可实现±1000安的大动态范围（检测到的最大电流与最小电流之比）。此外，该传感器在-40℃—85℃的宽工作温度范围涵盖一般的车辆应用。最后，该团队对这一原型进行了全球统一轻型车辆测试循环（WLTC）驾驶测试，这是一种电动汽车能耗的标准测试。该传感器准确跟踪了-50安到130安的充放电电流，电池电量估计精度在1%以内。研究人员称：“将电池使用效率提高10%，这将使2030年2000万辆新型电动汽车的运行能耗减少3.5%，生产能耗减少5%。这又相当于2030年全球运输领域二氧化碳排放量减少0.2%。”研究团队表示，希望这一突破能让人类离碳中和社会更近一步。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313269.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313269.htm

钻石量子传感器能以毫米的分辨率测量心脏电流

钻石量子传感器能以毫米的分辨率测量心脏电流许多心脏问题--包括心动过速和心肌颤动主要源于电流在心脏中传播方式的不完善。然而不幸的是，医生很难研究这些不完善之处，这是因为测量这些电流涉及高度侵入性程序和暴露于X射线辐射。不过幸运的是，还有其他选择。比如磁心动图(MCG)是一种有希望的间接测量心脏电流的替代方法。该技术涉及感应心脏附近由心脏电流引起的磁场的微小变化。这可以以一种完全无接触的方式完成。为此，科研人员们已经开发了适合这一目的的各种类型的量子传感器。然而它们的空间分辨率被限制在厘米级，这对于检测在毫米级传播的心脏电流来说是不够的。此外，这些传感器中的每一个都有其实际限制，如尺寸和工作温度。在日前发表在《CommunicationsPhysics》上的一项新研究中，一个科学家团队开发了一种新型装置以更高的分辨率进行MCG。他们的方法是基于一个由氮空位组成的钻石量子传感器，氮空位作为特殊的磁“中心”对心脏电流产生的弱磁场敏感。研究人员由日本东京工业大学的TakayukiIwasaki副教授领导。但如何观察这些中心的状态以提取有关心脏电流的信息呢？事实证明，该传感器也是荧光的，这意味着它很容易吸收特定频率的光，然后以不同的频率重新发射出来。最重要的是，在氮空位处重新发射的光的强度会根据外部磁场的强度和方向而变化。研究人员创建了一个MCG装置，其使用一个532纳米（绿色）激光器来激发钻石传感器和一个光电二极管来捕捉重新发射的光子（光粒子）。另外，他们还开发了数学模型以准确地将这些捕获的光子跟相应的磁场及反过来与负责这些光子的心脏电流进行映射。凭借前所未有的5.1毫米的空间分辨率，拟议的系统可以创建在实验室大鼠心脏中测量的心脏电流的详细二维地图。此外，哥们其他成熟的需要低温的MCG传感器不同，钻石传感器可以在室温下运行。这使研究人员能将他们的传感器放置在极其靠近心脏组织的位置，这放大了测量的信号。Iwasaki博士强调道：“我们的非接触式传感器的优势跟我们目前的模型相结合，其将允许使用小型哺乳动物模型对心脏缺陷进行更精确的观察。”总的来说，这项研究中开发的MCG装置似乎是一个有希望的工具，它可以理解许多心脏问题及其他涉及电流的身体过程。在这方面，Iwaasaki说道：“我们的技术将能研究各种心律失常的起源和发展及其他生物电流驱动的现象。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307761.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307761.htm

研究人员利用量子纠缠概念将导航传感器的精度上升到一个新的高度

研究人员利用量子纠缠概念将导航传感器的精度上升到一个新的高度量子纠缠是量子力学中的一种现象，两个或更多的粒子可以成为相关的，一个粒子的状态取决于另一个粒子的状态，即使相隔很远。这意味着，一个粒子的状态变化可以瞬间影响另一个粒子的状态，而不考虑它们之间的距离。这种看似矛盾和反直觉的行为已在许多实验中得到证实，并被认为是量子力学最迷人和神秘的方面之一。密歇根大学电气和计算机工程系副教授、该研究的共同通讯作者ZheshenZhang说："通过利用纠缠，我们既提高了测量灵敏度，也提高了我们进行测量的速度。"实验是在亚利桑那大学完成的。光学机械传感器测量干扰机械传感装置的力，而机械传感装置会响应地移动。然后用光波测量该运动。在这个实验中，传感器是膜，它的作用就像鼓头，在经历了一个推力之后会振动。光机械传感器可以作为加速度计使用，在没有GPS卫星的星球上可以用于惯性导航，或者在一栋大楼内，当一个人在不同楼层导航时，也可以使用。量子纠缠可以使光机械传感器比目前使用的惯性传感器更精确。它还可以使光机械传感器寻找非常微妙的力量，如识别暗物质的存在。暗物质是不可见的物质，据信它在宇宙中的质量是我们用光所能感知的质量的五倍。它将用引力拉扯传感器。以下是纠缠如何改善光机械传感器的原理：光学机械传感器依赖于两束同步的激光。其中一束从传感器中反射出来，而传感器中的任何运动都会改变光在到达检测器的途中所走的距离。当第二波与第一波重叠时，这种移动距离的差异就会显示出来。如果传感器是静止的，这两个波是完全一致的。但是，如果传感器在移动，它们会产生一个干扰模式，因为它们的波峰和波谷在某些地方会相互抵消。这种模式显示了传感器振动的大小和速度。通常在干涉测量系统中，光走得越远，系统就越精确。地球上最敏感的干涉测量系统--激光干涉仪引力波观测站可以将光送入8公里的旅程，但这种规模的设备这是不可能装入智能手机的。为了使小型化光学机械传感器达到高精度，Zhang的团队探索了量子纠缠。他们没有把光分成一次，让它在一个传感器和一个镜子上反弹，而是把每束光分成第二次，让光在两个传感器和两个镜子上反弹。亚利桑那大学光学科学助理教授达尔齐尔-威尔逊与他的博士生阿曼-阿格拉瓦和克里斯蒂安-普鲁查一起建造了这些膜设备。这些膜只有100纳米或0.0001毫米厚，可以对非常小的力做出反应。增加一倍的传感器可以提高精确度，因为膜的振动应该是相互同步的，但纠缠增加了额外的协调水平。研究小组通过"挤压"激光来创造纠缠。在量子力学物体中，例如构成光的光子，对一个粒子的位置和动量的了解程度有一个基本限制。因为光子也是波，这就转化为波的相位（它在振荡中的位置）和振幅（它携带多少能量）。"这种挤压重新分配了不确定性，因此被挤压的部分可以更精确地知道，而反挤压的部分则带有更多的不确定性。我们挤压了相位，因为那是我们的测量需要知道的，"亚利桑那大学Zhang实验室刚毕业的博士生、该论文的共同通讯作者YiXia说。在挤压的光线中，光子彼此之间的关系更加密切，研究人员将光子通过分光器时发生的情况与汽车在高速公路上走到岔路口形成对比。"你有三辆车走一条路，三辆车走另一条路。但在量子叠加中，每辆车都是双向行驶的。现在左边的车与右边的车纠缠在一起，"他说。因为两个纠缠的光束的波动是相关的，它们的相位测量的不确定性是相关的。因此，通过一些数学技巧，该团队能够得到比两个未纠缠的光束更精确的测量结果，而且他们可以以60%的速度完成。更重要的是，精度和速度有望与传感器的数量成比例上升。根据设想，纠缠增强型传感器阵列将比现有传感技术提供数量级的性能增益，以实现对目前物理模型以外的粒子的检测，为一个尚未被观察到的新世界打开大门。该团队的下一步是将该系统小型化。目前，他们已经可以把挤压光源放在一个边长只有半厘米的芯片上。他们希望在一两年内拥有一个带有挤压光源、分束器、波导和惯性传感器的原型芯片。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357957.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357957.htm

研究人员开发出可用于医疗传感器等领域的有机光电探测器

研究人员开发出可用于医疗传感器等领域的有机光电探测器研究人员已经开发并展示了新的绿光吸收透明有机光电探测器，它具有高灵敏度并跟CMOS制造方法兼容。将这些新的光电探测器纳入有机-硅混合图像传感器可能对许多应用有用。这些应用包括基于光的心率监测、指纹识别及检测附近物体存在的设备。无论是用于科学相机还是智能手机，今天的大多数成像传感器都是基于CMOS技术和无机光电探测器将光信号转换成电信号。尽管由有机材料制成的光电探测器正在吸引人们的注意，因为它们可以帮助提高灵敏度，如到目前为止，事实证明很难制造出高性能的有机光电探测器。共同领导研究小组、韩国亚洲大学的SungjunPark说道：“要将有机光电探测器纳入大规模生产的CMOS图像传感器中需要易于大规模制造的有机光吸收剂并能完成生动的图像识别以在黑暗中以高帧率产生清晰的图像。我们开发了透明的绿色敏感的有机光电二极管，可以满足这些要求。”研究人员于当地时间8月25日在《Optica》上描述了新的有机光电探测器。另外，他们还通过将透明的绿色吸收有机光电探测器叠加到带有红色和蓝色过滤器的硅光电二极管上创造了一个混合的RGB成像传感器。“由于引入了混合有机缓冲层，这些图像传感器中使用的绿色选择性光吸收有机层大大减少了不同颜色像素之间的串扰，”来自韩国三星高级技术研究所(SAIT)的研究小组共同负责人Kyung-BaePark说道，“这种新设计可以使高性能的有机光电二极管成为用于各种应用的成像模块和光电传感器的主要部件。”更加实用的有机光电探测器大多数有机材料由于对温度敏感而不适合大规模生产。它们要么不能承受用于后处理的高温，要么在中等温度下长期使用时变得不稳定。为了克服这一挑战，科学家们专注于修改光电探测器的缓冲层以提高稳定性、效率和检测性。探测性是衡量一个传感器能够探测到微弱信号的程度。“我们引入了一个浴铜灵(BCP)：C60混合缓冲层作为电子传输层，”SungjunPark说道，“这使有机光电探测器具有特殊的特性，包括更高的效率和极低的暗电流，从而降低了噪音。”这种光电探测器可以放在带有红色和蓝色过滤器的硅光电二极管上以创建一个混合图像传感器。研究人员证明，新的光电探测器表现出跟传统硅光电二极管相当的检测率。探测器在150°C以上的温度下稳定运行2小时，并在85°C下显示出30天的长期运行稳定性。这些光电探测器还表现出良好的色彩表现力。下一步，他们计划定制新的光电探测器和混合图像传感器，用于各种应用，如移动和可穿戴传感器、接近传感器和显示器上的指纹装置。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308849.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308849.htm

韩国研究人员研发出新的传感器 能用尿液诊断出癌症

韩国研究人员研发出新的传感器能用尿液诊断出癌症韩国材料科学研究所HoSangJung博士的研究团队开发的"通过放大尿液代谢物开发现场适用的条形传感器用于癌症诊断"的示意图。资料来源：韩国材料科学研究所（KIMS）。这项技术可以应用于前列腺癌和胰腺癌的检查，无需额外的分析过程，只需在需要检测时滴入少量（10uL）尿液后照射光线即可。该测试装置以条状形式制造，因此可以在现场快速、高灵敏度地诊断癌症。研究小组注意到了癌症患者和正常人尿液中存在的代谢组成分的差异。当癌细胞在体内增殖时，由于新陈代谢异常，它们会向尿液中分泌不同的代谢物。为了将其归为现有技术，需要昂贵的大型设备，限制了现场的应用。研究小组开发了一种表面增强拉曼散射传感器，通过在多孔纸上形成一个珊瑚状的等离子体纳米材料，将尿液中的代谢物的光学信号放大10亿倍以上。当尿液滴入传感器并照射光线时，癌症代谢物信号在传感器表面被放大，从而使诊断癌症成为可能。研究小组将一种基于人工智能的分析方法应用于获得的光谱信号，并成功地将高达99%的前列腺癌和胰腺癌患者与正常人区分开来。目前使用的一些癌症诊断技术通过血液检查或放射学方法检测癌症的存在，并通过组织学分析诊断癌症。许多人试图通过每年的健康检查来追踪癌症的发生，但在许多情况下，癌症被发现得很晚，治疗被推迟或发生死亡。特别是处于医疗盲区的人很难定期接受检查，所以往往是在癌症已经相当严重的情况下才被发现。这项研究使用了尿液，这是一种任何人都可以轻易获得的生物样本。它可用于利用尿液进行新的癌症诊断方法，现场快速筛查癌症患者，以及癌症患者治疗后的复发监测技术。此外，由于条状传感器的生产价格低于每单位100韩元，因此预计它可以用于大规模检查。负责这项研究的高级研究员HoSangJung说："在诊断方法不甚明了的癌症中，如胰腺癌，很难发现，初步诊断后的生存率很低。据了解，韩国每天有14名胰腺癌患者死亡，每人每年的经济成本约为6300万韩元。由于早期诊断对于癌症等不治之症最为重要，我们期望这项技术能够提供一种新的诊断方法。"这项工作得到了韩国材料科学研究所（KIMS）的基础研究计划和韩国国家研究基金会的支持。此外，该研究成果于1月9日发表在生物传感器领域的世界知名杂志'BiosensorsandBioelectronics(If:12.5,JCRtop<3%)'。研究团队在韩国和美国申请了相关专利。目前，研究团队正在逐步增加通过分析前列腺癌、胰腺癌、结肠直肠癌和肺癌患者的尿液可以诊断的癌症类型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348877.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348877.htm

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器 揉成一团也能用

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器揉成一团也能用在最近发表于《先进材料》（AdvancedMaterials）上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所（SANKEN）的研究人员在一种超薄柔性薄片上开发出了一种光学传感器，这种传感器可以弯曲而不会断裂。事实上，这种传感器非常灵活，即使被揉成一团也能正常工作。在照相机中，光学传感器是感应穿过镜头的光线的装置，类似于人眼的视网膜。传感器设计的创新"传统的光学传感器是使用无机半导体和铁电材料制造的，"该研究的主要作者ReiKawabata说。"这使得传感器变得僵硬，无法弯曲。为了避免这个问题，我们研究了另一种探测光的方法。"与传统的光传感器不同，研究人员使用的是印在超薄聚合物基底（小于5微米）上的微小碳纳米管光电探测器阵列。当暴露在光线下时，碳纳米管会发热，形成热梯度，然后产生电压信号。在印刷过程中掺入化学载体可进一步提高纳米管的灵敏度。利用这些纳米管，可以测量可见光以及与热或分子有关的红外光。用于宽带红外热分析的集成有机电路的超灵活无线成像仪利用片状光学传感器对光、热和分子进行探测和成像。无线技术集成除了碳纳米管传感器，聚合物基板上还印有有机晶体管，将电压信号组织成图像信号。要读取这种信号，计算机不需要通过电线与传感器进行物理连接。取而代之的是一个无线蓝牙模块。该研究的资深作者荒木祯平说："有了这套无线系统，我们的成像仪就能附着在柔软和弯曲的物体上，对其表面或内部进行分析，而不会损坏它们。"集成了碳纳米管光电探测器和有机晶体管的片式光学传感器研究人员制作了薄片型光学传感器的原型，并测试了其感应人体手指或电线等物体的热量以及流经管道的葡萄糖的能力。他们发现，这种光学传感器在很宽的波长范围内都具有很高的灵敏度。此外，在室温和大气条件下，测试表明它具有很高的弯曲耐久性，即使被揉皱也能正常工作。这种无线测量系统和薄片型光学传感器的独特优势将为执行许多任务（如无需采样即可评估液体质量）带来更简单的新方法。研究人员认为，它在无损成像、可穿戴设备和软机器人等许多应用领域都大有可为。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419657.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419657.htm