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基于石墨烯的新型传感器设计可以提高食品安全性
来源:赛斯维传感器网 发表于 2021/1/4

在美国,由于利斯特氏菌,沙门氏菌或大肠杆菌等有害细菌的污染,2017年发出了100多次食品召回。一种新的传感器设计有一天可以使产品在进入超市货架之前更容易检测食物中的病原体,从而避免了受污染的食物有时致命的疾病。


在《光学材料快报》上,研究人员报告了一种传感器的新设计,该传感器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,新设计还可以改善对多种其他应用中的气体和化学物质的检测。


“我们的设计基于石墨烯片,石墨烯片是只有一个原子厚的碳的二维晶体,??”中国暨梁大学的研究小组成员肖炳刚说。“该传感器不仅高度灵敏,而且可以轻松调整以检测不同的物质。”


用石墨烯感应

石墨烯出色的光学和电子性能使其对于使用被称为等离激元的电磁波的传感器具有吸引力,这些等离激元响应于曝光而沿着导电材料的表面传播。当感兴趣的物质靠近石墨烯表面时,可以通过测量传感器的折射率变化来检测该物质。


近年来,研究人员已经利用石墨烯的独特性能来创建用于各种应用的传感器和材料。与金和银等金属相比,石墨烯具有更强的等离激元波,且传播距离更长。此外,可以通过施加极化电压而不是重新创建整个设备来更改石墨烯响应的波长。但是,以前的研究工作很少能证明灵敏的石墨烯传感器可与检测细菌和生物分子所需的红外波长配合使用。


对于这种新型传感器,研究人员使用理论计算和模拟设计了一系列纳米级石墨烯圆盘,每个圆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特性,以检测各种物质。


圆盘与其孔之间的相互作用产生了所谓的等离激元杂交效应,从而增加了设备的灵敏度。孔和圆盘还会产生不同的波长峰值,每个波长峰值都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仿真显示,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。


研究人员现在正在努力改进用于制造纳米级光盘阵列的工艺。这些结构的制造精度将极大地影响传感器的性能。


肖说:“我们还想探索石墨烯等离子体激元杂交效应是否可以用于辅助双波段中红外光通信设备的设计。”


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