基于石墨烯的新型傳感器設(shè)計(jì)可以提高食品安全性

在美國(guó)，由于李斯特菌、沙門氏菌或大腸桿菌等有害細(xì)菌的污染，2017年發(fā)布了100多起食品召回。有一天，新的傳感器設(shè)計(jì)可以更容易地在產(chǎn)品進(jìn)入超市貨架之前檢測(cè)到食品中的病原體，從而防止有時(shí)致命的疾病污染食品。

在《光學(xué)材料快報(bào)》雜志上，研究人員報(bào)道了一種新的傳感器設(shè)計(jì)，可以同時(shí)檢測(cè)多種物質(zhì)，包括危險(xiǎn)細(xì)菌和其他病原體。除了食品安全，新設(shè)計(jì)還可以提高氣體和化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)，以滿足廣泛的其他應(yīng)用需求。

中國(guó)計(jì)量大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成員冰-肖鋼說(shuō)：“我們的設(shè)計(jì)基于石墨烯片，這是一種只有一個(gè)原子厚度的二維碳晶體。“該傳感器不僅靈敏度高，而且可以輕松調(diào)節(jié)，檢測(cè)不同的物質(zhì)。”

石墨烯傳感。

石墨烯優(yōu)異的光學(xué)和電子特性使其對(duì)使用稱為等離子體的電磁波的傳感器具有吸引力，等離子體響應(yīng)于曝光而沿著導(dǎo)電材料的表面?zhèn)鞑?。?dāng)感興趣的物質(zhì)接近石墨烯表面時(shí)，通過(guò)測(cè)量傳感器的折射率如何變化來(lái)檢測(cè)該物質(zhì)。

近年來(lái)，研究人員利用石墨烯的獨(dú)特性質(zhì)，為各種應(yīng)用創(chuàng)造了傳感器和材料。與金、銀等金屬相比，石墨烯表現(xiàn)出更強(qiáng)的等離子體波和更長(zhǎng)的傳播距離。此外，通過(guò)施加極化電壓而不是重構(gòu)整個(gè)器件，可以改變石墨烯響應(yīng)的波長(zhǎng)。然而，之前很少有研究證明靈敏的石墨烯傳感器可以檢測(cè)細(xì)菌和生物分子所需的紅外波長(zhǎng)。

對(duì)于這種新型傳感器，研究人員利用理論計(jì)算和模擬設(shè)計(jì)了一系列納米級(jí)石墨烯圓盤，每個(gè)圓盤都包含一個(gè)偏心孔。該傳感器包括離子凝膠和硅層，可用于施加電壓來(lái)調(diào)節(jié)石墨烯的性質(zhì)，以檢測(cè)各種物質(zhì)。

圓盤和它們的孔之間的相互作用產(chǎn)生了所謂的等離子體雜交效應(yīng)，這增加了器件的靈敏度?？缀蛨A盤也會(huì)產(chǎn)生不同的波長(zhǎng)峰值，每個(gè)峰值都可以用來(lái)同時(shí)檢測(cè)不同物質(zhì)的存在。

研究人員使用中紅外波長(zhǎng)進(jìn)行的模擬表明，他們的新傳感器平臺(tái)比使用無(wú)孔圓盤對(duì)氣體、液體或固體中的物質(zhì)更敏感。

研究人員正在努力改進(jìn)制造納米級(jí)光盤陣列的工藝。這些結(jié)構(gòu)的精度將極大地影響傳感器的性能。

肖說(shuō)：“我們還想探索石墨烯等離子體的混合效應(yīng)能否用于輔助雙頻中紅外通信設(shè)備的設(shè)計(jì)。

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