科學家研製出黑磷光纖感測器

近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員呂建成、喻學鋒與英國班戈大學教授陳險峰等合作，成功研製出首個基於黑磷的光纖化學感測器，實現對重金屬離子的超靈敏檢測。

傾斜光纖光柵是一種新型的光纖器件，大角度傾斜光柵結構能夠將纖芯光學基模前向耦合到光纖包層，在特定的波長形成一系列離散的諧振峰，光的耦合將隨著外界媒質折射率等的變化而變化。因此，傾斜光纖光柵是非常適合作為感測應用的光子器件。黑磷是近年來廣受關注的一種具有直接帶隙二維半導體材料，具有獨特的二維平面結構、超高的比表面積、眾多的活性位點，以及從可見到紅外廣闊的光譜響應範圍，在光學檢測方面展現出巨大的應用前景。

該研究中，研究團隊首次將黑磷和傾斜光纖光柵相結合，揭示了黑磷納米層獨特的光學調製作用，藉助於傾斜光柵這種獨特的光學結構，構建成新型的超靈敏化學感測器。本研究發展了一種原位層疊的修飾技術，將黑磷納米片高效地附著在光纖器件表面，不同厚度的黑磷納米層展現出對光信號獨特的調製性。利用這一特性，該黑磷光纖感測器能夠在亞ppb濃度水平檢測到重金屬鉛離子，具有超高的靈敏度、超低的檢測限，以及廣闊的濃度檢測範圍。黑磷新型光纖感測器的成功研發，將為化學和生物感測提供一個優越的光學檢測平台，從而推動黑磷化學生物感測器的應用研究進程。

相關研究成果發表於Sensors and Actuators B: Chemical。該研究得到了國家自然科學基金、歐盟「第七框架計劃」等的資助。

圖.a)：黑磷傾斜光纖光柵器件及其光學調製示意圖，b)：重金屬離子檢測的實驗步驟，c)：不同重金屬離子濃度下TM模式共振的光譜圖，d)：不同重金屬離子濃度下光譜的共振強度圖

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！