新型石墨烯传感器可改善食品安全,检测气体和化学品

             

华烯传媒

来自中国计量大学和浙江理工大学的研究人员,以及丹麦技术大学的研究人员,设计了一个基于石墨烯的传感器,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,新设计改进后应用更加广泛,可用于气体和化学品的检测。

“我们的设计是基于石墨烯片,它是二维晶体,只有一个碳原子厚,”来自中国计量大学的研究小组成员说。该传感器不仅灵敏度高,而且可以轻易地调整以检测不同的物质

石墨烯优良的光学和电子特性使其对使用电磁波的传感器具有吸引力,这种电磁波被称为等离子,它随着光的曝光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如何变化来检测物质。

与金、银等金属相比,石墨烯表现出更强的等离子体波,传播距离更长。此外,石墨烯响应的波长可以通过施加极化电压来改变,而不是重新创建整个器件。这些特性使得石墨烯对于这种传感应用具有吸引力,并且确实,已经有许多团队在这个领域工作。

然而,之前很少有研究表明灵敏的石墨烯传感器与检测细菌和生物分子所需的红外波长协同工作。

对于这种新传感器,研究人员利用理论计算和模拟来设计一组纳米级石墨烯圆盘,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,其可用于施加电压以调整石墨烯的性质以检测各种物质。

磁盘和它们的孔之间的相互作用产生了所谓的等离子体杂交效应,这增加了器件的灵敏度。空穴和圆盘还产生不同的波长峰,每个波长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表明,他们的新传感器平台对气体、液体或固体中存在的物质比使用没有孔的圆盘更敏感。

研究人员现在正致力于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。