傳感器讓物體悄悄“活”了起來

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近日，國際著名學術期刊《自然》報道了一項可穿戴式傳感器的最新科研成果。這種可穿戴傳感器在關閉時是半透明的，打開后可看到入射的紅外光，可讓佩戴者發現人眼看不見的紅外光。這項技術可幫助醫生觀察手術中的病變組織。

那么，什么是傳感器呢？簡單來說，傳感器是一種監測環境中的事物及其變化的設備，并將監測到的信息發送給其他電子設備，比如計算機，來進行下一步的處理。為了便于理解，我們以身體的五官與大腦進行類比說明。眼睛可以看見五彩繽紛的世界，耳朵可以聽見美妙的音樂，鼻子可以嗅到花香，嘴巴可以品嘗到可口的食物。眼睛、耳朵、鼻子等五官將收集到的信息傳遞給大腦，因此，我們才能體會到生活的美好。在這里，我們的眼睛、耳朵相當于傳感器，大腦相當于計算機處理器。

傳感器廣泛用于日常生活中，比如，可以通過觸摸不同的時間來調節亮度的臺燈、樓道中的聲控燈，對溫度、壓力或流量進行測量的各類設備等。傳感器的存在和發展，讓物體有了觸覺、味覺、嗅覺等感官，因此物體慢慢變得活了起來。

化學傳感器是一類專門用于監測、感知化學物質的特殊傳感器，通常用于監測氣體或液體中的特定化學成分，并將該化學信號轉換為電流或電壓信號。也就是說，化學傳感器可以對化學物質的各種特性，如濃度、成分等進行監測，并轉變為電信號。

在生活中，由于嗅覺的局限性，人們不能識別一氧化碳而不知不覺中毒。化學傳感器的出現，突破了人類感官的局限，可以通過對一氧化碳敏感的半導體來制備化學傳感器，方便快捷地監測室內一氧化碳的含量來防止中毒。

理想的化學傳感器要求靈敏度高、選擇性好、長期穩定，以及快速響應。化學傳感器受外界環境影響，因此，應該最大程度地優化其性能參數與指標。

化學傳感器的功能實現包括兩個主要步驟，即識別和傳導。在識別步驟中，被測物選擇性地與傳感器識別元件相互作用，導致物理參數發生變化。這種變化通過產生輸出信號的傳感器來反饋。化學傳感器的制備材料有半導體材料、陶瓷材料、溫敏材料、發光材料等，廣泛應用于科研、化工、各種檢測機構等，比如，臨床醫學、工業流程和環境監測。化學傳感器的發展推動了社會的進步，讓我們在生活中實實在在地感受到了科學技術的發展。

非侵入性可穿戴化學傳感器在個人健康監測和醫療診斷領域獲得了極大的關注。與傳統的診斷方法相比，這些傳感器提供了非侵入性、實時和連續的監測和分析。可穿戴化學傳感器的設計包括紋身、服裝和配件。成功開發無創可穿戴的化學傳感器將有效幫助人們管理個人健康，預防潛在疾病，最終提高人們的生活質量。

隨著科學技術的迅猛發展，化學傳感器技術逐漸受到更多的關注。現代傳感器技術的發展趨勢是開發新材料、新工藝和新型傳感器，是實現多功能、高精度、集成化、智能化、微小型化，以及無線網絡化。在未來，化學傳感器將廣泛應用于環境保護和監控、疾病預防和治療，以及提高人們的生活質量。

（第一作者系西北師范大學教授、博士生導師，第二作者系西北師范大學碩士研究生）

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