纳米技术和纳米传感器,第1部分

Nanotechnology and Nanosensors, Part1

通过学习,了解应用纳米技术研发的用于发现和监控个人或专业领域各类活动的新型感应屏幕;课程首先从疾病的诊断与治疗入手,进而研究产品和环境的质量控制,最后探讨监控安全问题,为创新应用的无限开发奠定基础。

以色列理工学院

Coursera

工程

简单(初级)

10 小时

  • 英语
  • 2499

课程概况

纳米技术和纳米传感器是涉及(生物)化学、物理学、生物学、材料学和电气工程学等多个领域的综合科学。目前的课程主要研究纳米技术和纳米材料背后的基本原理以及它们在传感特性和应用中的关键作用,而本课程将探讨人们普遍关注的纳米层面的多领域科学知识与工程知识,研究纳米传感器基本的物理差异。通过学习,学生可以了解纳米材料和纳米传感器的制作、特性和操作,以及它们在新应用中的开发利用。另外,同学们还可以把课上学到的纳米技术和纳米传感器知识应用于自己感兴趣的课题上。

Nanotechnology and nanosensors are broad, interdisciplinary areas that encompass (bio)chemistry, physics, biology, materials science, electrical engineering and more. The present course will provide a survey on some of the fundamental principles behind nanotechnology and nanomaterials and their vital role in novel sensing properties and applications. The course will discuss interesting interdisciplinary scientific and engineering knowledge at the nanoscale to understand fundamental physical differences at the nanosensors. By the end of the course, students will understand the fabrication, characterization, and manipulation of nanomaterials, nanosensors, and how they can be exploited for new applications. Also, students will apply their knowledge of nanotechnology and nanosensors to a topic of personal interest in this course.

你将学到什么

1. The importance of nanoscale materials for sensing applications.

2. Approaches used for characterizing sensors based nanomaterials.

3. Approaches used for tailoring nanomaterials for a specific sensing application.

4. Metallic and semiconductor nanoparticles.

5. Organic and inorganic nanotubes and nanowires.

6. Optical, mechanical and chemical sensors based on nanomaterials.

7. Hybrid nanomaterial-based sensors.

课程大纲

第一周:纳米技术简介
纳米技术的定义;纳米材料的主要特点;纳米结构的类型(零维、一维和二维结构);纳米复合材料;纳米材料的主要化学/物理/电气/光学特性。

第二周:纳米技术简介-续
纳米材料特性的研究方法:原子力显微技术(AFM),扫描电子显微术(SEM),透射电子显微镜法(TEM),以及基于光谱学和光谱测定法的表面分析技术。通过自底向上和自顶向下的方法制作传感器;自组装纳米结构;以及纳米技术应用的举例

第三周:传感器的科学与技术
传感器的定义;传感器的主要元件;生物体与人工传感器的相似之处;生理感受机制(看、听和感觉);传感器的性能参数:准确性、精度、敏感性、探测范围、动态范围、选择性、线性度、分辨率、响应时间、滞后和生命周期。

第四周:基于金属纳米颗粒的传感器
纳米颗粒的定义;纳米颗粒的特点;制备纳米颗粒的物理学方法(激光烧蚀)和化学方法(Brust–Schiffrin法,种子生长法等等)。

第五周:量子点传感器
量子点的定义;量子点的制备技术;宏观和微观的光子发光测量;以量子点作为多模态造影剂在生物成像中的应用;量子点在传感器中的应用。

第六周: 基于纳米线的传感器
纳米线的定义;纳米线的特点;通过自顶向下和自底向上的方法制备纳米线;纳米线阵列的制备(流体通道、吹塑薄膜(blown bubble film)、接触印刷和喷涂等)。

第七周: 基于碳纳米管的传感器
碳纳米管的定义;碳纳米管的特点;碳纳米管的合成;基于单个碳纳米管的传感器的制备和工作原理;基于碳纳米管随机阵列的传感器的制备和工作原理。

第八周:基于金属氧化物纳米结构的传感器
通过干湿方法合成金属氧化物结构;金属氧化物气体传感器的类型(零维、一维和二维);金属氧化物传感器的缺陷化学;金属氧化物气体传感器的传感机制;改善传感应用的多孔金属氧化物的结构。

第九周:多敏传感器
基于聚合物纳米结构的传感器的工作原理;基于纳米材料的化学电阻器的传感机制和应用,以及(半)导电聚合物的场效应晶体管;w/o无机材料。

第十周:基于纳米材料的传感器阵列
通过纳米技术和纳米传感器模仿人类感官的典型实例:基于纳米技术的电子皮肤。

预备知识

任何自然科学(化学、生物学、物理学)、相关技术和/或工程学背景均适用于本课程。

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