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快速高效精准新型化学纳米傳感器 可提高环境监测灵敏度


  物聯網上部署了海量的多種類型傳感器,每个傳感器都是一个信息源,不同类别的傳感器所捕获的信息内容和信息格式不同。

  傳感器获得的数据具有实时性,按一定的频率周期性的采集环境信息,不断更新数据。傳感器及其核心元器件被认为是物联网发展的最基础产业,其技术水平同时也是影响物联网应用普及的关键因素。
 
  近日,瑞典查尔默斯理工大学开发出一种新型的化学纳米傳感器,这种技术得益于对原子层厚度纳米材料的研究,而这种材料对周围环境极其敏感。

  这种傳感器是用过渡金属二硫化物制备的,这种材料与光能发生很强的相互作用,被视为新型傳感器材料,同时制成薄膜时又具有理想的比表面积。相关的研究成果发表在Nature Communication上。

  查尔默斯大学的Ermin Malic表示:“利用我们的方法可以制作出快速、高效、精准的傳感器。将来这种技术可以用于制造环境研究领域高灵敏度有选择性的傳感器。”

  过渡金属二硫化物具有宽的直接带隙,光照时易于产生电子-空穴束缚态的激子,可作为高效的傳感器材料。这些被激发出来的“明亮”激子受到周围环境的影响,因此过渡金属二硫化物可用于探测周边环境。

  過渡金屬二硫化物同時也具有光禁止的“暗”激子態,研究小組發現當周圍存在有偶極矩的分子時,這些“暗”激子態會轉變成“明亮”激子,在光譜上形成一個明顯的附加峰。

  根據研究小組的描述,這個效應爲探測分子提供了便于識別的光指紋,與傳統的探測方法依賴于峰位的微小變化以及強度改變相比,這個方法要高效得多。

  研究小組用典型的過渡金屬二硫化物材料二硫化鎢進行了測試,結果表明光指紋現象的確與傳感器材料表明覆蓋的偶極分子數量有關。

  隨著偶極分子覆蓋度的增加,暗激子對應的峰轉變爲相應的明亮激子所對應的峰,峰位從能量高的一側轉移到能量低的一側。這個效應可以用于直接探測暗激子的分布,反之也能探測相應偶極分子的分布。

  查尔默斯大学的Maja Feierabend说道:“这个效应为探测空气环境提供了新思路。我们的方法比依赖于微小光学性质变化的传统傳感器更有效。”


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