研究人员利用钻石量子传感器延长了EV续航里程

研究人员利用钻石量子传感器延长了EV续航里程电动汽车(EV)作为传统汽油内燃机汽车的环保替代品，其受欢迎程度一直在上升。这就引发了针对开发高效EV电池的主要研究工作。然而电动汽车的一个重要低效率则是由对电池电量的不准确估计造成。通过测量电池的电流输出以评估电动车电池的充电状态这种方法被用来计算车辆的剩余驾驶里程的估计值。通常情况下，EV的电池电流可以达到数百安培。然而能够检测这种电流的商业传感器无法测量毫安级的电流的微小变化。这导致了电池电量估算中约10%的不确定性。这意味着，EV的行驶里程可以延长10%。这反过来将减少电池的低效使用。幸运的是，一个科学家团队现在已经想出了一个解决方案。在他们的研究中，他们报告了一种基于钻石量子传感器的检测技术，在测量EV典型的高电流时可以在1%的精度内估计电池电量。来自日本东京工业大学的研究团队由的MutsukoHatano教授领导，他们的研究报告已于今日发表在《ScientificReports》上。“我们开发了对毫安级电流敏感的钻石传感器，其结构紧凑并可以在汽车中实施。此外，我们测量了大范围的电流并在嘈杂的环境中检测到了毫安级的电流，”Hatano教授说道。据悉，研究人员开发了一个使用了两个钻石量子传感器的原型传感器，它们被放置在汽车的母线（输入和输出电流的电气连接点）的两侧。然后他们使用一种叫做“差分检测”的技术消除了两个传感器检测到的共同噪音，只保留实际信号。这反过来使他们能在背景环境噪声中检测到10毫安的小电流。接下来，科学家团队使用两个微波发生器产生的频率的模拟-数字混合控制以在1千兆赫兹的带宽内追踪量子传感器的磁共振频率。这使得大动态范围（检测到的最大电流与最小电流之比）达到±1000A。此外，-40至+85℃的宽工作温度范围被确认为涵盖了常规车辆应用。最后，研究小组在全球统一轻型汽车测试周期(WLTC)驾驶中测试了该原型，这是EV能源消耗的标准测试。该传感器准确地追踪了从-50A到130A的充/放电电流，另外还证明了电池电量估计的准确性在1%以内。那么这些发现有什么意义呢？Hatano教授说道：“将电池使用效率提高10%将使电池重量减轻10%，这将使2030年WW的2000万辆新EV减少3.5%的运行能量和5%的生产能量。而这又相当于在2030年WW交通领域减少0.2%的二氧化碳排放。”我们当然希望这一突破使我们离碳中性社会更近一步！"。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313115.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313115.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

沃尔沃EX90电动SUV将配备激光传感器和摄像头 可检测酒驾

沃尔沃EX90电动SUV将配备激光传感器和摄像头可检测酒驾沃尔沃宣布，它将于11月9日发布其新的旗舰电动车EX90SUV。EX90旨在取代该公司目前的旗舰车型，即汽油动力的XC90SUV，因为沃尔沃将在2030年前过渡到一个全电动汽车制造商。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1319093.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1319093.htm

无需电池的传感器能对特定声波做出反应

无需电池的传感器能对特定声波做出反应声敏传感器无需外接电源，由特定噪音产生的声波激活从智能手机和玩具到遥控器和手电筒，我们日常使用的许多物品都依赖电池供电。因此，全世界每年有150亿个电池被丢弃，其中许多最终被填埋。苏黎世联邦理工学院（ETHZurich）的研究人员开发出了一种传感器，这种传感器除了声音之外不需要任何电源，对于某些设备来说，扔掉电池可能很快就会成为过去。这项研究的合著者之一约翰-罗伯逊（JohanRobertsson）说："传感器纯粹以机械方式工作，不需要外部能源。它只需利用声波中包含的振动能量即可。"但仅限于特定的声波。研究人员开发的传感器具有被动语音识别功能，每当说出某个单词或产生某种特定的音调或噪音时，传感器就会被激活。发出的声波（而不是其他声波）会使传感器产生足够的振动，从而产生一个微小的电脉冲，打开一个电子设备。传感器原型可以区分"three"和"four"这两个口语单词。由于"four"比"three"产生更多的声能，因此它能引起传感器振动，从而打开一个设备或触发一个后续过程，而说"three"则没有任何影响。由棒材连接的超材料晶格的振动板对声波做出选择性响应这种传感器是一种超材料，是一种经过设计具有自然界中罕见特性的材料。共同通讯作者马克-塞拉-加西亚（MarcSerra-Garcia）说："我们的传感器纯粹由硅组成，既不像传统电子传感器那样含有有毒重金属，也不含任何稀土。"但是，这种传感器的语音识别特性来自于它的结构，而不是它的材质。利用计算机建模和算法，研究人员设计出了传感器的结构，它由相同的硅板（谐振器）组成，硅板之间由像弹簧一样的细条连接。这些弹簧决定了特定的声音是否会使传感器启动。研究人员发现，这种无需电池、由声音供电的传感器有许多潜在应用。例如，它可以用来监测地震和建筑物，记录建筑物地基开裂时发出的特殊声音。或者，它还能检测到气体泄漏时发出的嘶嘶声，并触发警报。他们说，这种传感器还可以应用于医疗领域，比如为耳聋或听力损失患者植入人工耳蜗。目前，每个植入体需要两到三块电池，具体取决于所使用的声音处理器类型。一次性电池可使用30到60小时，但需要经常更换。这种新型传感器也可用于持续测量眼压。眼睛里没有足够的空间容纳带电池的传感器。工业界对零能耗传感器也非常感兴趣。研究人员的目标是在2027年之前推出可靠的传感器原型。较新的迭代产品应能区分多达12个不同的单词，包括"开"、"关"、"上"和"下"等标准指令。而且，与手掌大小的原型相比，研究人员计划让更新版本的传感器只有拇指甲大小或更小。塞拉-加西亚说："如果到那时我们还没有吸引到任何人的兴趣，我们可能会成立自己的新公司。"这项研究发表在《先进功能材料》杂志上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415063.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415063.htm

可穿戴式无创传感器可通过监测汗液确定是否有炎症迹象

可穿戴式无创传感器可通过监测汗液确定是否有炎症迹象虽然急性炎症反应是人体抵抗感染和加速愈合的自然方式，但长期或慢性炎症可能会导致不可逆的组织损伤。而能够快速、轻松地检测炎症是治疗的关键。测量血液中C反应蛋白(CRP)的水平通常用作炎症的生物标志物，但需要复杂的实验室设备和人员来分析血液样本。现在，加州理工学院的研究人员开发了一种新型可穿戴传感器，称为InflaStat，通过测量人体汗液中的CRP水平来无线、无创地监测炎症。研究人员在开始制造他们的第一个汗液分析传感器之前必须克服一些障碍。主要难题是CRP比其他分子更难检测，它在血液中的浓度比其他生物标志物低得多，而且它的分子更大，这意味着将它们从血液中分泌到汗液中更加困难。“这些是以前阻止人们进行可穿戴CRP传感的主要问题，”该研究的通讯作者高伟说。“我们需要高灵敏度来自动监测皮肤上极低浓度的CRP。”InflaStat由激光雕刻的石墨烯制成，石墨烯含有微小的孔，可形成较大的表面积。这些孔含有与CRP结合的抗体和称为氧化还原分子的特殊分子，能够在某些条件下产生小电流。传感器结构中融入了金纳米颗粒，每个纳米颗粒都携带一组独立的CRP检测抗体。当佩戴者汗液中的CRP分子进入传感器时，它们会附着在检测器抗体和石墨烯孔中的抗体上。然后纳米颗粒附着在石墨烯上并触发氧化还原分子产生电流，该电流由附着在传感器上的电子元件读取。由于每个金纳米粒子都含有许多检测抗体，因此信号（非常小）被放大得远远超过单个CRP分子产生的信号。研究人员在健康参与者、慢性阻塞性肺病患者和从新冠病毒感染中康复的参与者身上测试了InflaStat。他们发现该传感器佩戴舒适，并且可以无创、无线地获取炎症生物标志物信息。数据实时显示在定制的智能手机应用程序上。正如预期的那样，慢性阻塞性肺病患者和新冠病毒感染后患者的CRP水平显着高于健康参与者。研究人员发现，该传感器可以准确检测汗液中与血液水平相关的CRP水平。研究人员表示，他们的研究结果表明，他们的传感器可用于无创、家庭监测炎症性肠病或慢性阻塞性肺病等慢性疾病。更重要的是，他们表示它可以适用于测试其他痕量水平和疾病相关的生物标志物。“这是一个通用平台，可以让我们监测体液中极低水平的分子，”高说。“我们希望扩展这个平台来监测其他临床相关的蛋白质和激素分子。我们还想看看这是否可以用于慢性病管理。炎症对许多患者来说意味着风险。如果能够在家对他们进行监测，就可以识别他们的风险，并及时给予治疗。”该研究发表在《自然生物医学工程》杂志上，下面由加州理工学院制作的视频展示了传感器如何检测CRP。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366975.htm

用于中子实验和量子信息科学的先进钻石传感器

用于中子实验和量子信息科学的先进钻石传感器艺术家的渲染图说明了贝克小组将开发的氮空隙钻石传感器。内部网格线代表了激光在钻石内的路径--进入的光束（较粗的红线）在钻石传感器内反复反射，直到它遇到切角出现（较细的红线）。图片由YasmineSteele为伊利诺伊州物理学提供。资料来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的核物理小组正在寻找中子的新物理学证据，中子是电中性粒子，通过一种称为强力的相互作用将原子核固定在一起。教师和研究人员正在参加橡树岭国家实验室的nEDM实验，该实验将测量中子的电偶极矩，这一特性使中子尽管是中性的，但却能与电场相互作用。一个精确的测量将约束扩展当前粒子物理学标准模型的理论。为了实现这一目标，研究人员必须准确地测量非常强的电场的微妙变化。物理学教授道格拉斯-贝克（DouglasBeck）获得了能源部的资助，以开发基于氮空穴金刚石的传感器，这种材料在低温下的量子特性使其对电场异常敏感。他的研究小组已经表明，这种材料可以测量强电场，该奖项将使研究人员能够构建准备用于nEDM实验的传感器。此外，该材料的量子特性使其成为量子信息科学的一个有希望的候选者。研究人员还将探索这些潜在的应用。贝克解释说，化学上添加的氮空位（或NV）杂质使钻石具有不寻常的电场敏感性。这些杂质是带有一个额外的氮原子和一个空洞[或空位]的区域，而这些空位通常是在碳原子的位置。当材料被冷却到绝对零度以上不到20度时，这些杂质形成一个对电场有反应的量子系统。这是一个相当不寻常的特性，因为没有多少系统对电场有反应，这使得NV钻石变得特别。当NV系统在特定的量子状态下被制备时，它可以变得更加敏感。研究人员在冷却该系统后，没有让它停留在最低的能量状态，而是形成了一个最低和次低能量状态的量子叠加，称为暗态，因为它不与光相互作用而得名。"在某种意义上，这个名字是为了暗示它对与环境的相互作用具有免疫力，"贝克说。"因为它的寿命很长，它有着非常鲜明的能量，非常准确地告诉我们电场有多大。"贝克的研究小组已经证明，这种现象使NV钻石能够测量强电场，该奖项将使研究人员能够在此基础上开发可靠、坚固的传感器。这将涉及到将传感器包装成易于与用于控制它们的激光器连接的单元，并将背景噪音的影响降至最低。贝克说，他们还在研究一种叫做动态解耦的量子技术，这将使他们能够有效地扭转实验不完善的影响。这将使已经很精确的电场测量变得更加精确。该研究的另一个目标是探索在量子信息科学中使用NV钻石的建议。暗态的长寿命和对环境噪声的弹性使它成为一个有前途的量子传感和量子存储器的平台。许多这样的应用取决于将量子系统置于拥有海森堡原理所允许的最小不确定性的挤压状态，目前已经有几个关于在NV钻石中创造挤压态的建议，贝克的小组将调查其可行性。这项工作将得到能源部核物理项目中的量子地平线计划三年内65万美元的支持。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359593.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359593.htm