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基于石墨烯的新型传感器设计可以改善食品安全

发布:guangxuedaren    |    2018-12-07 10:46    阅读:247
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由于李斯特菌、沙门氏菌或大肠杆菌等有害细菌的污染,美国2017年发布了100多次食品召回。在未来某天,新型传感器设计可以在产品进入超市货架之前更容易地检测食品中的病原体,从而防止被致命疾病污染的食物。
       在期刊“Optical Materials Express”上,研究人员报告了一种新型传感器设计,其可以同时检测多种物质,包括危险细菌和其他病原体。除了食品安全之外,新设计还可以改善气体和化学品的检测,以满足广泛的其他应用需求。 “我们的设计基于石墨烯片,这是一种只有一个原子厚度的二维碳晶体,”来自中国计量大学的研究小组成员肖丙刚说,“传感器不仅灵敏度高,而且还可以轻松调节以检测不同的物质。”
用石墨烯感应
       石墨烯优异的光学和电子特性使其对于使用等离子体电磁波的传感器具有吸引力,所述电磁波响应光曝并且沿着导电材料的表面传播。当目标物质接近石墨烯表面时,通过测量传感器折射率的变化来检测物质。
       近年来,研究人员利用石墨烯的独特性能为各种应用创造了传感器和材料。与金和银等金属相比,石墨烯展现出更强的等离子体波,并且传播距离更长。另外,通过施加极化电压而不是重建整个器件,就可以改变石墨烯响应的波长。然而,之前很少有研究工作证明灵敏的在红外波段工作的石墨烯传感器能够检测细菌和生物分子。
        对于新传感器,研究人员使用理论计算和模拟来设计纳米级石墨烯盘阵列,每个盘都包含一个偏心孔。该传感器包括离子凝胶和硅层,可用于施加电压以调节石墨烯的性质,以检测各种物质。
        石墨烯盘和孔之间的相互作用产生了所谓的等离子体激元杂交效应,这增加了装置的灵敏度。孔和盘还产生不同的波峰,每个波峰可用于同时检测不同物质的存在。研究人员使用中红外波长进行的模拟显示,与使用无孔圆盘相比,他们的新传感器平台对气体、液体或固体中存在的物质更敏感。
       研究人员正在努力改进用于制造纳米级光盘阵列的过程。制造这些结构的精度将极大地影响传感器的性能。“我们还想探讨石墨烯等离子体杂化效应是否可用于辅助双波段中红外光通信设备的设计,”肖说。

在CaF 2层上制备的GrA纳米结构阵列的示意图

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