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黑磷光纤传感器实现重金属离子超灵敏检测

http://www.testrust.com 来源:中国科学院 时间:2018-01-10

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  近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员吕建成、喻学锋与英国班戈大学教授陈险峰等合作,成功研制出首个基于黑磷的光纤化学传感器,实现对重金属离子的超灵敏检测。

  图.a):黑磷倾斜光纤光栅器件及其光学调制示意图,b):重金属离子检测的实验步骤,c):不同重金属离子浓度下TM模式共振的光谱图,d):不同重金属离子浓度下光谱的共振强度图

  倾斜光纤光栅是一种新型的光纤器件,大角度倾斜光栅结构能够将纤芯光学基模前向耦合到光纤包层,在特定的波长形成一系列离散的谐振峰,光的耦合将随着外界媒质折射率等的变化而变化。因此,倾斜光纤光栅是非常适合作为传感应用的光子器件。黑磷是近年来广受关注的一种具有直接带隙二维半导体材料,具有独特的二维平面结构、超高的比表面积、众多的活性位点,以及从可见到红外广阔的光谱响应范围,在光学检测方面展现出巨大的应用前景。

  该研究中,研究团队首次将黑磷和倾斜光纤光栅相结合,揭示了黑磷纳米层独特的光学调制作用,借助于倾斜光栅这种独特的光学结构,构建成新型的超灵敏化学传感器。本研究发展了一种原位层叠的修饰技术,将黑磷纳米片高效地附着在光纤器件表面,不同厚度的黑磷纳米层展现出对光信号独特的调制性。利用这一特性,该黑磷光纤传感器能够在亚ppb浓度水平检测到重金属铅离子,具有超高的灵敏度、超低的检测限,以及广阔的浓度检测范围。黑磷新型光纤传感器的成功研发,将为化学和生物传感提供一个优越的光学检测平台,从而推动黑磷化学生物传感器的应用研究进程。

  相关研究成果发表于Sensors and Actuators B: Chemical。该研究得到了国家自然科学基金、欧盟“第七框架计划”等的资助。

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