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【中國智能制造網(wǎng) 技術前沿】在美國，由于李斯特菌，沙門氏菌或大腸桿菌等有害細菌的污染，2017年發(fā)布了100多次食品召回。有一天，新的傳感器設計可以在產(chǎn)品進入超市貨架之前更容易地檢測食品中的病原體，從而防止有時致命的疾病被污染的食物。
據(jù)麥姆斯咨詢報道，在“光學材料快車”雜志上，研究人員報告了一種新型傳感器設計，可同時檢測多種物質(zhì)，包括危險細菌和其他病原體。除了食品安全之外，新設計還可以改善氣體和化學品的檢測，以滿足廣泛的其他應用需求。
“我們的設計基于石墨烯片，這是一種只有一個原子厚度的二維碳晶體，”來自中國計量大學的研究小組成員Bing-Gang Xiao說。“傳感器不僅高度靈敏，而且還可以輕松調(diào)節(jié)以檢測不同的物質(zhì)。”
用石墨烯感應
石墨烯的優(yōu)異光學和電子特性使其對于使用稱為等離子體的電磁波的傳感器具有吸引力，所述電磁波響應于光暴露而沿著導電材料的表面?zhèn)鞑ァ．敻信d趣的物質(zhì)接近石墨烯表面時，通過測量傳感器的折射率如何變化來檢測物質(zhì)。
近年來，研究人員利用石墨烯的獨特性能為各種應用創(chuàng)造了傳感器和材料。與金和銀等金屬相比，石墨烯表現(xiàn)出更強的等離子體波，傳播距離更長。另外，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的波長。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細菌和生物分子所需的紅外波長。
對于新傳感器，研究人員使用理論計算和模擬來設計一系列納米級石墨烯盤，每個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)石墨烯的性質(zhì)，以檢測各種物質(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，這增加了裝置的靈敏度?？缀蛨A盤還產(chǎn)生不同的波長峰，每個波峰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行的模擬顯示，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。
研究人員正在努力改進用于制造納米級光盤陣列的過程。制造這些結構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是否可用于輔助雙波段中紅外光通信設備的設計。”肖說。
(原標題：基于石墨烯的傳感器設計可以提高食品安全性)
浙公網(wǎng)安備 33010602000006號
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