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【中國(guó)智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】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多次食品召回。有一天，新的傳感器設(shè)計(jì)可以在產(chǎn)品進(jìn)入超市貨架之前更容易地檢測(cè)食品中的病原體，從而防止有時(shí)致命的疾病被污染的食物。
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，在“光學(xué)材料快車”雜志上，研究人員報(bào)告了一種新型傳感器設(shè)計(jì)，可同時(shí)檢測(cè)多種物質(zhì)，包括危險(xiǎn)細(xì)菌和其他病原體。除了食品安全之外，新設(shè)計(jì)還可以改善氣體和化學(xué)品的檢測(cè)，以滿足廣泛的其他應(yīng)用需求。
“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，”來(lái)自中國(guó)計(jì)量大學(xué)的研究小組成員Bing-Gang Xiao說(shuō)。“傳感器不僅高度靈敏，而且還可以輕松調(diào)節(jié)以檢測(cè)不同的物質(zhì)。”
用石墨烯感應(yīng)
石墨烯的優(yōu)異光學(xué)和電子特性使其對(duì)于使用稱為等離子體的電磁波的傳感器具有吸引力，所述電磁波響應(yīng)于光暴露而沿著導(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)物質(zhì)。
近年來(lái)，研究人員利用石墨烯的獨(dú)特性能為各種應(yīng)用創(chuàng)造了傳感器和材料。與金和銀等金屬相比，石墨烯表現(xiàn)出更強(qiáng)的等離子體波，傳播距離更長(zhǎng)。另外，通過(guò)施加極化電壓而不是重建整個(gè)器件，可以改變石墨烯響應(yīng)的波長(zhǎng)。然而，之前很少有研究工作證明敏感的石墨烯傳感器能夠檢測(cè)細(xì)菌和生物分子所需的紅外波長(zhǎng)。
對(duì)于新傳感器，研究人員使用理論計(jì)算和模擬來(lái)設(shè)計(jì)一系列納米級(jí)石墨烯盤，每個(gè)盤都包含一個(gè)偏心孔。該傳感器包括離子凝膠和硅層，可用于施加電壓以調(diào)節(jié)石墨烯的性質(zhì)，以檢測(cè)各種物質(zhì)。
盤和它們的孔之間的相互作用產(chǎn)生了所謂的等離子體激元雜交效應(yīng)，這增加了裝置的靈敏度?？缀蛨A盤還產(chǎn)生不同的波長(zhǎng)峰，每個(gè)波峰可用于同時(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)行的模擬顯示，與使用無(wú)孔圓盤相比，他們的新傳感器平臺(tái)對(duì)氣體，液體或固體中存在的物質(zhì)更敏感。
研究人員正在努力改進(jìn)用于制造納米級(jí)光盤陣列的過(guò)程。制造這些結(jié)構(gòu)的精度將極大地影響傳感器的性能。
“我們還想探討石墨烯等離子體雜化效應(yīng)是否可用于輔助雙波段中紅外光通信設(shè)備的設(shè)計(jì)。”肖說(shuō)。
(原標(biāo)題：基于石墨烯的傳感器設(shè)計(jì)可以提高食品安全性)
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