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- 科學(xué)家開發(fā)基于激光紋理金膜的高精度傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2021/11/5
一階晶格等離子體共振 (FLPR) 的各種應(yīng)用a) 由注入飽和乙醇蒸汽引起的納米空隙陣列 SP 傳感器的光譜響應(yīng)。(b) 平方歸一化 EM 場振幅 E2/E2 0 在浸入甲苯中的納米空隙陣列表面附近計(jì)算，由線性偏振源以 2.5-μm 波長從頂部激發(fā)。(c) 納米空隙陣列在空氣中和甲苯液體層下的 FTIR 反射光譜。如果在沒有甲苯吸收的情況下獲取，虛線曲線提供了納米空隙陣列對反射光譜的貢獻(xiàn)。下圖顯示了在相同條件下獲得的甲苯覆蓋的光滑 Au 膜表面的 FTIR 反射。圖片來源：FEFU
遠(yuǎn)東聯(lián)邦大學(xué) (FEFU) 的科學(xué)家與來自俄羅斯、日本和澳大利亞的同事開發(fā)了一種基于特殊設(shè)計(jì)的金膜的多功能傳感器，其表面包含數(shù)百萬個通過飛秒激光打印產(chǎn)生的拋物面納米天線。傳感器識別痕量濃度的分子，在液體和氣體環(huán)境中檢測它們。它可以輕松調(diào)整以提供不同的模式，包括生物學(xué)研究、醫(yī)療和安全任務(wù)。相關(guān)研究發(fā)表在《納米材料》上。
傳感器對其表面附近環(huán)境的最微小變化（例如氣體或有機(jī)分子、液體局部折射率的變化等）作出反應(yīng)，可應(yīng)用于生物分析、環(huán)境監(jiān)測、食品質(zhì)量分析、和各種安全系統(tǒng)。
“盡管科學(xué)在高精度物理化學(xué)傳感器領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展在過去的幾十年里，仍然需要靈活、昂貴的技術(shù)來制造在單個設(shè)備中結(jié)合不同測量模式的廉價多用途傳感器。用于此類傳感器制造的現(xiàn)有光刻技術(shù)既費(fèi)時又費(fèi)錢，因此不適合大規(guī)模生產(chǎn)。我們提出了高效廉價的激光打印技術(shù)來解決上述問題。使用它，我們可以輕松地生產(chǎn)具有所需表面形態(tài)和共振特性的傳感器元件，經(jīng)過優(yōu)化以合并不同的傳感模式并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以在液體環(huán)境中運(yùn)行，”FEFU STI 虛擬和增強(qiáng)技術(shù)研究員 Aleksandr Kuchmizhak 說現(xiàn)實(shí)。
基于納米紋理金膜的傳感器系統(tǒng)是通過直接飛秒激光打印制造的。這種超薄金膜暴露于單個飛秒脈沖導(dǎo)致形成數(shù)百萬個中空拋物線納米結(jié)構(gòu)（納米空隙），即所謂的納米天線。這些納米結(jié)構(gòu)的有序陣列具有明顯的共振光學(xué)特性。它們有效地將可見光和紅外光譜范圍的入射輻射轉(zhuǎn)換為特殊的表面波，即所謂的表面等離子體，這為傳感器提供了對周圍環(huán)境變化的顯著敏感性。
來自 FEFU、FEB RAS 和 MEPhI，以及名古屋工業(yè)大學(xué)（日本）、東海大學(xué)（日本）和斯威本科技大學(xué)（澳大利亞）的科學(xué)家參與了這項(xiàng)工作。
此前，F(xiàn)EFU 和斯威本科技大學(xué)的科學(xué)家與印度和日本的同事合作，開發(fā)了一種基于十字形硅納米天線陣列的光學(xué)元件。這些納米天線以適當(dāng)?shù)姆绞脚帕�，形成了一個用于中紅外和太赫茲光譜范圍的螺旋波片，允許將普通高斯光束轉(zhuǎn)換為奇異渦旋光束。該光學(xué)元件旨在對紅外光譜范圍內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行高級實(shí)驗(yàn)室研究，以及研究新的手性分子化合物。
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