Plasmonische Nanostrukturen

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Neue Sensoren werden in der Lage sein, zwischen einer Vielzahl von Ereignissen, einschließlich Bränden, Explosionen oder Schüssen, zu unterscheiden

Von Gary Elinoff, beitragender Autor

Egal wie effizient elektronische Schaltungen sein mögen, aktive Elektronik muss immer etwas Strom verbrauchen. Mit dem Aufkommen des IoT wird es mehr Instanzen von Sensoren geben, die sich in entfernten oder gefährlichen Bereichen befinden, wo Wartung, einschließlich Laden und Ersetzen von Batterien, schwierig oder unmöglich ist. Die Stromversorgung dieser Sensoren, möglicherweise jahrelang, wird Probleme bereiten. Um dieses Problem zu umgehen, wurde ein neuer Typ von auf plasmonischen Nanostrukturen basierenden Sensoren vorgeschlagen, der keine aktiv betriebene Elektronik benötigt. In der Tat ist das Vorhandensein der Bedingung, für die der Sensor in Alarmbereitschaft ist, was an sich den Sensor einschaltet.

Plasmonische Nanostrukturen

Plasmonische Nanostrukturen sind nanoskalige Strukturen, die auf eine ganz bestimmte Frequenz reagieren, so wie ein auf 100 MHz gestimmtes Radio nur Signale aufnimmt, die auf der Frequenz ausgestrahlt werden. Die Sensoren wurden von einem Team der Northeastern University unter der Leitung von Professor Matteo Rinaldi für DARPA entwickelt, wobei dieses Prinzip verwendet wurde, um auf eine bestimmte Frequenz - Wellenlänge - von Infrarotlicht zu reagieren.

Wie von Troy Olsson, Manager des N-ZERO-Programms von DARPA, beschrieben, absorbieren die Sensoren die Infrarotenergie, wandeln sie in Wärme um, und die Wärme führt dazu, dass sich ein Teil der Struktur verbiegt. Die Biegung bewirkt, dass ein Teil der Struktur auf einen anderen Teil auftrifft, was eine elektrische Verbindung bewirkt. Der Sensor, der monatelang oder sogar jahrelang ruhend gewesen sein könnte, wird lebendig, und erst dann beginnt die Schaltung, Strom zu ziehen. Rinaldi und sein Team beschreiben das Gerät als "plasmonisch verbesserten mikromechanischen Photoschalter".

Ein "plasmonisch verstärkter mikromechanischer Photoschalter". Bildquelle: DARPA .

Auf der Suche nach bestimmten Profilen

Dieses frequenzspezifische Verhalten bedeutet, dass die Sensoren zur Identifizierung spezifischer IR-Quellen abgestimmt werden können. In Fahrzeugemissionen vorhandene Gase, wie CO, CO 2 oder sogar Wasser, erzeugen Infrarotprofile, ebenso wie die Oxide von Stickstoff, NO X und Schwefel, SO X. Dasselbe gilt für die Gase, die durch Schüsse, Feuer und Explosionen erzeugt werden. Olsson erklärt, dass ein Sensor konstruiert werden kann, um nach einem der Infrarotprofile eines jeden einzelnen Gases zu suchen.

Aber die interessante Tatsache ist, dass jede Art von Ereignis sein eigenes "Spektrum" von Gasemissionen erzeugt. Wie man sich vorstellen kann, können die Ausgänge von Sensoren, die auf unterschiedliche Gase abgestimmt sind, in der Art einer digitalen Logik miteinander "verdrahtet" werden, um nur auf einen bestimmten Ereignistyp zu reagieren. Wenn ein Feuer zwei oder drei Gase aufweist, müssen alle drei den Sensor auslösen. In ähnlicher Weise können Schüsse und Explosionen mit ihren eigenen einzigartigen Gasemissionsprofilen mit einem anderen Satz von Sensoren, die auf jede relevante gasförmige Komponente abgestimmt sind, abgezielt werden. Obwohl diese Sensoren ursprünglich für militärische Zwecke entwickelt wurden, werden sie auch weit verbreitete kommerzielle Anwendungen haben.