3D打印、激光切割可以制造半导体等离子体传感器

NPS是一种多用途和极其表面灵敏的光学技术，利用l的纳米粒子(通常是金或银)作为局部传感元件研究分子尺度薄膜的性质。Insplorion传感器的纳米加工的等离子体圆盘嵌入定制的介电材料中，提供了传感器优良的保护和定制的表面化学。

Inspplorion采用了基于局域表面等离激元共振(LSPR)传感的一般概念，并使其适用于广泛的领域，其中纳米圆盘作为光学天线响应传感器/样品界面的变化过程。该技术构成了一个多用途的传感平台，能够在研究、现场条件下以及电池传感器和空气质量传感器等应用功能中检测和监测各种材料和界面的变化过程。

基于LSPR现象的NPS技术

Insplorion的纳米等离子体传感技术(NPS)利用了一种称为局域表面等离激元共振(LSPR)的物理现象。

首先，什么是等离激元?“在物理学中，等离激元是量子化的等离子体振荡。正如光(光振荡)由光子组成一样，等离子体振荡也由等离激元组成。等离激元可以看作准粒子，因为它是由等离子体振荡的量子化产生，就像声子是机械振动的量子化一样。因此，等离激元是自由电子气密度的集体(离散数)振荡。例如，在光学频率下，等离激元可以与光子结合，产生另一种称为等离激化激元的准粒子。”

局域表面等离激元共振LSPR

局域表面等离激元(LSP)是金属纳米粒子中自由电子连贯的、集体的空间振荡。近可见光的电磁场可以激发LSPs。当白光通过等离子体传感器时，由于粒子对光的吸收和散射，导致透过光的消光光谱出现峰值，即共振峰。共振峰的位置由纳米粒子的尺寸、形状和材料决定，更重要的是，它也取决于邻近纳米粒子的介质的折射率。因此，通过监控共振峰的变化，就可以检测和监控界面处发生的变化过程对传感器表面纳米粒子的介电环境产生的影响。

LSP的共振条件(即能激发LSPR的光的波长/颜色)由以下组合定义：

a、纳米粒子的电子性质

b、纳米粒子的大小和形状

c、 纳米粒子的温度

d、 纳米粒子邻近区域的介电环境

纳米粒子的介电环境是局部增强等离子体近场(相对于入射场)的结果。磁场从纳米粒子表面呈指数衰减。在这种局部增强场的“纳米体积”内，局部介电环境的微小变化(由分子吸附或热变化过程引起)会影响共振。共振的变化反过来又改变了不同波长的散射光和/或吸收光的数量。这些变化可以用高分辨率光谱测量，在一个简单的光传输或反射实验中，使LSPRS成为youxiu的纳米传感器。

一般来说，纳米等离子体传感技术NPS利用的纳米粒子(通常是金或银)作为局部传感元件，它提供了*的性能组合，包括超高灵敏度、小样本量/体积(由于“传感器”很小，即通常在50-100纳米范围内的纳米粒子)和快速(毫秒的时间分辨率)、实时的远程读数功能。

在Insplorion的zhuanli“应用纳米等离子体传感(NPS)技术”中，传感通过玻璃表面上纳米制造的非相互作用和相同纳米圆盘的阵列来实现。这种纳米圆盘阵列(“传感器”)被一层介质间隔层薄膜覆盖。因此，传感器纳米粒子嵌入传感器表面，除了通过LSPR偶极场外，不会与所研究的纳米材料发生物理相互作用。

磁场穿透间隔层，在其表面及其附近也具有相当大的强度，因此可以感知介电变化。

人造卫星(Artificial Satellite)：环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器。人造卫星基本按照天体力学规律绕地球运动，但因在不同的轨道上受非球形地球引力场、大气阻力、太阳引力、月球引力和光压的影响，实际运动情况非常复杂。人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。 [1] 人造卫星它可分为三大类：科学卫星，技术试验卫星和应用卫星。科学卫星是用于科学探测和研究的卫星，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星，用来研究某星球的大气、辐射带、磁层、宇宙线、太阳辐射等，并可以观测其他星体，世界上大多数的人造卫星为人造地球卫星，另外有人造火星卫星等。

据报道，目前，美国麻省理工学院最新研制3D打印精准等离子体传感器，该设备成本较低，且易于制造，这些数字化设备可以帮助科学家预测天气或者研究气候变化。该等离子体传感器也被称为“延迟电位分析仪(RPAs)”,被人造卫星等轨道航天器用于确定大气化学成分和离子能量分布。

3D打印、激光切割流程制造的半导体等离子体传感器，由于该过程需要无尘环境，导致半导体等离子体传感器成本昂贵，且需要几个星期的复杂制造过程。相比之下，麻省理工学院最新研制的等离子体传感器仅需几天时间制造，成本几十美元。

由于成本较低、生产速度快，这种新型传感器是立方体卫星的理想选择，立方体卫星成本低廉、低功率且重量轻，经常用于地球上层大气的通信和环境监测。

该研究团队使用比硅和薄膜涂层等传统传感器材料更有弹性的玻璃陶瓷材料研制了新型等离子体传感器，通过在塑料3D打印过程中使用玻璃陶瓷，能够制造出形状复杂的传感器，它们能够承受航天器在近地轨道可能遇到的巨大温度波动。

研究报告资深作者、麻省理工学院微系统技术实验室(MTL)首席科学家路易斯·费尔南多·委拉斯奎兹-加西亚(Luis Fernando Velasquez-Garcia)说：“增材制造会在未来太空硬件领域产生重大影响，一些人认为，当3D打印一些物体时，必须认可其性能较低，但我们现已证明，情况并非总是这样。”目前这项最新研究报告发表在近期出版的《增材制造杂志》上。

多功能传感器

等离子体传感器首次用于太空任务是1959年，它能探测到漂浮在等离子体中的离子或者带电粒子的能量，等离子体是存在于地球上层大气中的过热分子混合物。在立方体卫星这样的轨道航天器上，等离子体传感器可以测量能量变化，并进行化学分析，从而有助于科学家预测天气或者监测气候变化。

该传感器包含一系列布满小孔的带电网格，当等离子体通过小孔时，电子和其他粒子将被剥离，直到仅剩下离子，当这些离子产生电流，传感器将对其进行测量和分析。

等离子体传感器应用成功的关键是对齐网格的孔状结构，它必须具有电绝缘性，同时能够承受温度的剧烈波动，研究人员使用一种可3D打印的玻璃陶瓷材料——Vitrolite，它满足以上特性。据悉，Vitrolite材料最早出现于20世纪初，常应用于彩色瓷砖设计中，成为装饰艺术建筑中最常见的材料。

日本三菱电机17日发布消息称，公司开发出在太空可使用3D打印机制造人造卫星天线的技术，利用在真空中也可凭借太阳光紫外线硬化的特殊树脂，据称发射卫星时不需要搭载天线，有助于轻量化从而减轻发射成本。

据介绍，人造卫星通常为扩大用于数据传输的频率范围，将搭载能够大幅展开的天线，因此必须使天线的构造能够承受发射的冲击和振动。

三菱电机的新技术是在人造卫星上搭载比天线更小巧的3D打印机，做法是当卫星到达太空后，用特殊树脂制造用于天线的反射镜。