該可視化顯示了用于膜的石墨烯層。圖片來源：曼徹斯特大學(xué)

在美國，由于利斯特氏菌，沙門氏菌或大腸桿菌等有害細(xì)菌的污染，2017年發(fā)出了100多次食品召回通知。一種新的傳感器設(shè)計(jì)有一天可以使產(chǎn)品在進(jìn)入超市貨架之前更容易檢測食物中的病原體，從而避免了受污染食品有時致命的疾病。

在《光學(xué)材料快報(bào)》上，研究人員報(bào)告了一種傳感器的新設(shè)計(jì)，該傳感器可以同時檢測多種物質(zhì)，包括危險細(xì)菌和其他病原體。除了食品安全之外，新設(shè)計(jì)還可以改善對多種其他應(yīng)用中氣體和化學(xué)物質(zhì)的檢測。

“我們的設(shè)計(jì)基于石墨烯片，石墨烯片是只有一個原子厚的碳的二維晶體，??”中國暨梁大學(xué)的研究小組成員肖炳剛說。“該傳感器不僅高度靈敏，而且可以輕松調(diào)整以檢測不同的物質(zhì)�！�

用石墨烯感應(yīng)

石墨烯的出色光學(xué)和電子特性使其對于使用被稱為等離激元的電磁波的傳感器具有吸引力，該等離激元響應(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)靠近石墨烯表面時，可以通過測量傳感器的折射率變化來檢測該物質(zhì)。

近年來，研究人員已經(jīng)利用石墨烯的獨(dú)特性能來為各種應(yīng)用創(chuàng)建傳感器和材料。與金和銀等金屬相比，石墨烯具有更強(qiáng)的等離激元波，且傳播距離更長。另外，可以通過施加極化電壓而不是重新創(chuàng)建整個器件來改變石墨烯響應(yīng)的波長。但是，以前的研究工作很少能證明靈敏的石墨烯傳感器可與檢測細(xì)菌和生物分子所需的紅外波長配合使用。

對于這種新型傳感器，研究人員使用理論計(jì)算和模擬設(shè)計(jì)了一系列納米級石墨烯圓盤，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，可用于施加電壓以調(diào)節(jié)石墨烯的特性，以檢測各種物質(zhì)。

圓盤及其孔之間的相互作用產(chǎn)生了所謂的等離激元雜交效應(yīng)，從而增加了設(shè)備的靈敏度�？缀蛨A盤還會產(chǎn)生不同的波長峰值，每個波長峰值都可用于同時檢測不同物質(zhì)的存在。

研究人員使用中紅外波長進(jìn)行的仿真顯示，與使用無孔圓盤相比，他們的新傳感器平臺對氣體，液體或固體中存在的物質(zhì)更敏感。

研究人員現(xiàn)在正在努力改進(jìn)用于制造納米級光盤陣列的工藝。這些結(jié)構(gòu)的制造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激元雜交效應(yīng)是否可以用于輔助雙波段中紅外光通信設(shè)備的設(shè)計(jì)�！�