專為物聯網而生！這款能自行「喚醒」的新型感測器節能又長壽

為了能夠及時捕捉到周圍環境中有意義的信號，如特定的震動、聲音或光譜等，絕大多數的感測器必須時刻處於工作狀態。可想而知，這種工作特性會極大地限制了單個感測器的壽命，也為整個系統帶來了更高的維護成本。

美國東北大學的研究人員發明了一種基於等離子體的紅外感測器，它能夠在需要執行感應任務時自動運轉，然後在不需要工作時自動關閉（利於節能並延長壽命）。該項研究發表在《自然納米技術》期刊上。

圖丨基於等離子體的紅外感測器（來源：美國東北大學/《自然納米技術》Nature Nanotechnology）

該裝置屬於事件驅動型感測器。一般它是休眠的，但總是處於警惕狀態，只有在監測到特定信號（感興趣信號）時才會啟動。而且只有啟動時，它才會耗能。

美國東北大學的助理教授Matteo Rinaldi解釋，當紅外光照射到該裝置時，就會被集成型超薄等離子體紅外光吸收器吸收，並轉化成熱量。這樣就會提高敏感元件的溫度，導致其由於熱膨脹而彎曲並接觸到一起，進而實現探測功能。

超薄等離子體紅外光吸收器是由 3 種材料的堆積結構形成：上層是金納米片（50 nm），中間是介質層（100 nm），下層是鉑納米片（100 nm）。該納米結構吸收特定波長的電磁波後，高度局域的間隙等離子體被激發。這些局域等離子體可以有效地把光限制在較窄的介質間隙（中間的介質層與上下金屬層之間的間隙），進而導致吸收器又高又快的溫度增長。

上述金納米片被作為微型的機械轉換開關，從監測信號中獲取能量（即對特定波長紅外光的吸收）。等離子體在機械轉換開關的光吸收過程中起著關鍵作用。等離子體是指在金屬表面存在的自由振動的電子與光子相互作用產生的沿著金屬表面傳播的電波。正是由於這種特性，在微型結構中才能實現強烈且有選擇性的光吸收。

Rinaldi表示，「也正是由於這種特殊的選擇性吸收，我們的裝置才能被預設定的較窄波長範圍內的光觸發。此外，基於可設定的光吸收特性，同一個晶元上的多個開關可以被不同波長的光觸發，進而探測並識別不同的光譜信號。」

由於可以探測出具有特定強度和波長的紅外輻射，Rinaldi團隊將其研發的感測器稱作「紅外數字化感測器」。它在探測並辨別紅外輻射後，將其轉變成啟動信號，而且在待機時不消耗任何能量。

這款感測器可以用於探測侵入的紅外源，比如人體、燃料動力汽車等。它還可以用於檢測熱源（比如火焰、爆炸等）， 進而觸發警報。如果與激光光源結合起來，該技術還可用於遠程控制和通信。在所有這些應用場合中，該感測器都可用作零動力觸發器去啟動下一階段的電子設備（比如無線通訊模組或者更複雜的感測和信號處理系統）。

要想實現商業化，感測器的真空包裝是非常關鍵的。因為它們需要真空的操作條件，實現高度熱絕緣，從而更好地發揮其性能。

雖然還存在一些問題，但他們已經研製了一款完全靠電池供電的手掌大小的無線紅外感測器節點，在待機時幾乎不耗電（僅需2.6 nW）。Rinaldi表示，「目前，我們的裝置在很多應用中已經足夠靈敏（探測極限是500 nW）。不過，如果能夠實現更低的探測極限，就可以進一步拓展其應用。」

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