石墨烯覆盖铝纳米光栅表面等离激元共振光谱及传感特性

被引：5

作者：

农金鹏 ^{[1
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韦玮 ^{[1
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朱永 ^{[2
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汤林龙 ^{[3
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张桂稳 ^{[2
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蒋肖 ^{[2
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陈娜 ^{[2
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魏大鹏 ^{[3
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机构：

[1] 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室

[2] 重庆大学光电工程学院

[3] 中国科学院重庆绿色智能技术研究院

[4] 重庆市石墨烯薄膜制备工程技术研究中心

来源：

光谱学与光谱分析 | 2017年 / 37卷 / 04期

基金：

高等学校博士学科点专项科研基金;

关键词：

表面等离激元; 共振光谱; 石墨烯; 铝纳米光栅;

D O I：

暂无

中图分类号：

O485 [表面物理学]; TP212 [发送器（变换器）、传感器];

学科分类号：

070205 ; 0805 ; 080502 ; 0809 ; 080202 ;

摘要：

表面等离激元共振技术具有无需标记、灵敏度高、实时检测等优点,已广泛应用于生物医疗、环境监测及食品安全等领域。相对于传统贵金属材料表面等离激元共振传感器而言,铝表面等离激元共振传感器具有价格低廉、共振光谱带宽小等优点,已逐渐成为了该领域的研究热点。针对铝材料存在与生物分子兼容性差、易氧化等缺点,利用石墨烯化学稳定性好、比表面积大、抗氧化能力强、生物兼容性好等独特优势,将其作为与被测分子直接接触的传感层,提出了一种石墨烯覆盖铝纳米光栅的表面等离激元共振传感器。首先,基于多物理场有限元仿真软件建立了该传感器的物理模型,分别分析了石墨烯层数和铝光栅结构参数（占空比、高度、周期）对传感器共振光谱的影响。结果表明,石墨烯与铝光栅的复合有效增强了入射光波与传感器的相互作用,采用单层石墨烯与铝光栅复合时,共振峰具有最窄的光谱带宽。当铝纳米光栅结构Λ=600nm,H=40nm,η=70%时,光谱反射率为零。进一步分析了结构优化后的传感器的传感特性。结果表明,单层石墨烯覆盖铝纳米光栅传感器具有最高的品质因数24.5RIU-1,其灵敏度高达626nm·RIU-1。该传感器具有探测精度高、分子兼容性好等优点,能为生化分析、环境监测和食品安全等领域提供一个新的绿色传感平台。

引用

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