在美國，2017年因單核細胞增生李斯特菌、沙門氏菌或大腸桿菌等有害細菌的污染而發(fā)布的食品召回超過100起。有一天，新的傳感器設(shè)計可以在產(chǎn)品進入超市貨架之前更容易地檢測到食品中的病原體，從而防止有時致命的疾病污染食品。
在《光學(xué)材料快報》雜志上，研究人員報道了一種新的傳感器設(shè)計，可以同時檢測多種物質(zhì)，包括危險細菌和其他病原體。除了食品安全，新設(shè)計還可以提高氣體和化學(xué)物質(zhì)的檢測，以滿足廣泛的其他應(yīng)用需求。
中國計量大學(xué)研究團隊成員冰-肖鋼說：“我們的設(shè)計基于石墨烯片，這是一種只有一個原子厚度的二維碳晶體?！霸搨鞲衅鞑粌H靈敏度高，而且可以輕松調(diào)節(jié)，檢測不同的物質(zhì)?！?
石墨烯誘導(dǎo)
石墨烯優(yōu)異的光學(xué)和電子特性使其對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?。當感興趣的物質(zhì)接近石墨烯表面時，可以通過測量傳感器的折射率如何變化來檢測該物質(zhì)。
近年來，研究人員利用石墨烯的獨特性質(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)出更強的等離子體波，傳播距離更遠。此外，通過施加極化電壓而不是重建整個器件，可以改變石墨烯響應(yīng)的波長。然而，以前很少有研究證明靈敏的石墨烯傳感器可以檢測細菌和生物分子所需的紅外波長。
對于這種新型傳感器，研究人員利用理論計算和模擬設(shè)計了一系列納米石墨烯圓盤，每個圓盤都包含一個偏心孔。該傳感器包括離子凝膠和硅層，可用于施加電壓來調(diào)節(jié)石墨烯的性質(zhì)，以檢測各種物質(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。孔徑和圓盤也會產(chǎn)生不同的波長峰值，每個峰值都可以用來同時檢測不同物質(zhì)的存在。
研究人員使用中紅外波長的模擬表明，他們的新傳感器平臺比無孔圓盤對氣體、液體或固體中的物質(zhì)更敏感。
研究人員正試圖改進制造納米尺度光盤陣列的工藝。這些結(jié)構(gòu)的精度將極大地影響傳感器的性能。
肖說：“我們還想探索石墨烯等離子體混合效應(yīng)能否用于輔助雙頻中紅外通信設(shè)備的設(shè)計。
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