基于石墨烯的新型传感器设计可以提高食品安全性

在美国，2017年因单核细胞增生李斯特菌、沙门氏菌或大肠杆菌等有害细菌的污染而发布的食品召回超过100起。有一天，新的传感器设计可以在产品进入超市货架之前更容易地检测到食品中的病原体，从而防止有时致命的疾病污染食品。

在《光学材料快报》杂志上，研究人员报道了一种新的传感器设计，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，新设计还可以提高气体和化学物质的检测，以满足广泛的其他应用需求。

中国计量大学研究团队成员冰-肖钢说：“我们的设计基于石墨烯片，这是一种只有一个原子厚度的二维碳晶体。“该传感器不仅灵敏度高，而且可以轻松调节，检测不同的物质。”

石墨烯诱导

石墨烯优异的光学和电子特性使其对使用称为等离子体的电磁波的传感器具有吸引力，等离子体响应于曝光而沿着导电材料的表面传播。当感兴趣的物质接近石墨烯表面时，可以通过测量传感器的折射率如何变化来检测该物质。

近年来，研究人员利用石墨烯的独特性质，为各种应用创造了传感器和材料。与金、银等金属相比，石墨烯表现出更强的等离子体波，传播距离更远。此外，通过施加极化电压而不是重建整个器件，可以改变石墨烯响应的波长。然而，以前很少有研究证明灵敏的石墨烯传感器可以检测细菌和生物分子所需的红外波长。

对于这种新型传感器，研究人员利用理论计算和模拟设计了一系列纳米石墨烯圆盘，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，可用于施加电压来调节石墨烯的性质，以检测各种物质。

圆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。孔径和圆盘也会产生不同的波长峰值，每个峰值都可以用来同时检测不同物质的存在。

研究人员使用中红外波长的模拟表明，他们的新传感器平台比无孔圆盘对气体、液体或固体中的物质更敏感。

研究人员正试图改进制造纳米尺度光盘阵列的工艺。这些结构的精度将极大地影响传感器的性能。

肖说：“我们还想探索石墨烯等离子体混合效应能否用于辅助双频中红外通信设备的设计。

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