纳微传感器技术在包装印刷中的应用六乌苏

纳微传感器技术在包装印刷中的应用(六)

8、在包装行业其它方面的应用

(1)传感器是纳米技术应用的一个重要领域，随着纳米技术的进步，造价更低，功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面，比如，将微型传感器装在包装箱内，可通过全球定位系统，对贵重物品的运输过程实施跟踪监督，将微型传感器装在汽车轮胎中，可制造出智能轮胎，这种轮胎会告诉司机轮胎何时需要更换或充气。在食品工业领域，这种微型传感器可用来监测食物是否变质，比如把它安装在酒瓶盖上就可判断酒的状况等。

(2)装有微型传感器的包装或集装箱内可以识别和指示包装空间的温度、湿度、压力以及密封的程度、时间等一些重要参数，对于需长期贮运的包装产品尤为重要。

(3)跌落冲击是包装件(产品及其内外包装)流通过程中最严酷的环境负荷，是影响包装货物安全的主要危险。跌落过程中，产品所承受的最大冲击加速度(冲击力)同跌落高度、跌落方位、包装件质量、缓冲材料及缓冲结构等多种因素有密切关系，灵敏度与极板的覆盖面积成正比，覆盖面积越大，灵敏度越高；灵敏度与极距平方成反比，极距越小，灵敏度越高。为了改善非线性，提高灵敏和减小外界因素(如电源电压、环境温度等)的影响，决定采用差动式电容传感器。该传感器体积小、重量轻、结构简单、方便，动态响应性能好，灵敏度高，电噪声小(非接触测量)，温度稳定性好，适用温度范围广，是包装件流通过程现场测试较理想的跌落高度传感器。

(4)智慧型感应器 生物物质研究的一个令人兴奋的领域是“智慧型”感应器，之所以被称为“智慧”，是因为它们能够感觉，还能学习和记忆。例如让包装材料能感觉食物的保存期限，一旦食物即将过期，其包装就改变颜色以提醒消费者注意。

(5)纳米结构的微处理器的效率提高100万倍，并实现兆兆比特的存储器(提高1000倍)；研制集成传感器系统。

(6)20世纪70年代，当时美国国家航天局(NASA)在斯坦福大学支持了一个研究领域，即在芯片上建造一个气相色谱仪，1987年，成立了一家名为MTI公司来商业化微气相色谱仪和微传感器技术。

(7)目前MEMS的市场仅有少数几种产品唱主角，例如压力传感器、微加速度计、微陀螺、磁阻传感器、喷墨头以及硬盘驱动头等。化学测试系统，例如芯片上的实验室或微型全化学分析系统( —TAs)有巨大的潜力成为MEMS应用方面的主要器件或系统。这方面的应用包括微型速率陀螺、数字式微镜器件(DMD)显示器和基于MEMS的射频通讯系统。

(8)在制造新型传感器方面，监视系统将受益于新的传感器，差不多可以像现在拦截声频信号那样识别生物系统的探测器，这就使得读取分子特征标记和进行DNA分析成为可能。加利福尼亚理工学院已利用微型电子系统(其带宽为当前最先进技术的10倍)演示了一个硅基传感器。

(9)“聪明砖头”在美国问世，最近，美国伊利诺斯州大学纳米技术研究中心的华裔科学家刘昌和他的同事们研制出“聪明砖头”，它有一个电子箱，箱内装备了传感器，传感器是利用环氧胶等制造的。“聪明砖头”可随时报告楼房的安全状况，万一楼房受损要垮了，它还能预警。建筑工人可以像使用普通砖一样使用“聪明砖”，在塑料、木材、钢筋混凝土等建筑材料中也可以安装一些传感器。这些传感器可以监测建筑物的温度、震动和移动的情况，并把这些信息无线传送到一个终端电脑中。

六、纳米传感器的研究开发趋势

1、纳米传感器的组合应用：通过把不同原理的传感器组合起来，可以获得单一的传感器所不能得到的信息量。当然，多数味觉传感器和气味传感器都是由多个传感元件组成的多元矩阵和多通道构成，但是所不同的是它的各个元件也就是所说的脂质膜和氧化物半导体都是基于同一原理。现在要说的是将具有完全不同的原理和测定方法的传感器组合在一起。所谓组合(fusion)即具有融合的意思。

味觉传感器有8个通道可以组成八维空间，气味传感器有4个通道可以组成四维空间，二者合成又可以构成十二维空间。通过对它们实施主成分分析，可以得到分别代表气味传感器和味觉传感器的输出PC1和PC2，以确定不同信息量的来源。主成分分析图也可以作为表示醇香和美味的品位图。这就使在传感器的合成技术变的更为不可缺少。以上叙述都是基于对不同传感器的输出信息进行有机地整理综合，我们期待着它的识别和判断功能得到更广泛的应用。

2、微型化和集成化：硅微机械传感器采用微米级的微加工技术，可制造微米尺寸的传感器敏感元件，这种传感器易于集成，从而可形成二维或三维传感器阵列，再加上一体化集成的大规模集成电路，最终器件的尺寸一般为毫米级。它的特点是低功耗、低成本、硅微机械传感器采用一体化集成技术，其典型器件的能耗为 W～mW级。把不同功能、不同敏感方向或改动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把各种功能的器件集成在一体形成复杂的微系统，可以完成复杂的工作，微传感器、微执行器与微电子器件集成在芯片上构成可靠性和稳定性高的微机电系统，兼具有信号获取，处理和控制的功能。

3、高精度和长寿命。由于硅微机械传感器通常采用集成化形式，因此可使传感器特性均匀，各元件之间配置协调，匹配良好，不需要对其元件进行校正和调整，从而消除了传感器结构中的某些不可靠因素。例如，集成化缩短了器件间的引线长度，改善了抗干扰性能，通过键合增强了封装的可靠性等。这一切使该类传感器易于实现高精度，并具有较长的工作寿命。

4、开发高灵敏度高稳定性、低成本的纳米传感器。随着纳微传感器在环境、军用、食品，机械、包装印刷领域等方面的应用范围的扩大，对纳米传感器提出了更高的要求。

为了获得高灵敏度、高稳定性、低成本的纳米传感器，人们已着力于下面的研究与开发。

(1)开发新材料 功能材料是发展传感器技术的重要基础。由于材料科学的进步，人们可以控制材料的成分，从而可以设计与制造出各种用于传感器的功能材料。

(2)采用新工艺 传感器的敏感元件性能除了由其功能材料决定外，还与其加工工艺有关，集成加工技术、微细加工技术、薄膜技术等的引入有助于制造出性能稳定、可靠性高、体积小、重量轻的敏感元件。

(3)研究多功能集成传感器 对于复杂体系中多种组分的同时测定，纳米传感器陈列提供了一种直接、简便的解决方法。人们正尝试用干涉、三维高速立体喷墨、光刻、自组装和激光解吸等技术发展多功能集成传感器，在尽可能小的面积上排列尽可能多的传感器。

(4)研究智能式传感器 一种带微型计算机兼有检测、判断、信息处理等功能的传感器已被开发出来。例如美国科学家已初步研制成功的一种平板式的集成组件，它由DNA传感器阵列、特定的基因序列和生物电信号处理芯片3部分构成，完成信号采集、数据分析与管理复杂基因信启。

(5)研究仿生传感器仿生传感器就是模仿人感官器官的传感器。目前，只有视觉传感器与触觉传感器解决得比较好。真正能代替人的感觉器官功能的传感器还有待研制。

(6)纳米传感器的市场化 由于纳米传感器具有突出的优越性(方便、快捷、选择性高、可用于复杂体系等)，它在分析仪器市场中所占的份额越来越大，并已开始大量取代相同领域内的其他分析产品。

作者/陈希荣　 青岛佳丽彩印包装有限公司

信息来源:中国包装.2005(3)

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