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暨南大學(xué)表面等離子體共振傳感器研究取得進(jìn)展

[2018/6/7]

  近日，暨南大學(xué)理工學(xué)院羅云瀚課題組提出了使用二硫化鎢納米薄膜覆蓋層進(jìn)行增強(qiáng)型表面等離子體共振傳感器。

  二硫化鎢(WS2)是一種具有代表性的層狀過(guò)渡金屬二鹵代酸(TMDC)材料，在高靈敏傳感器中具有重要的應(yīng)用前景。在這里，研究人員提出了一種具有WS2納米薄膜覆蓋層改進(jìn)的金屬膜的靈敏度增強(qiáng)表面等離子體共振(SPR)傳感器。SPR靈敏度與WS2覆蓋層的厚度有關(guān)，其可以通過(guò)涂覆不同濃度的WS2乙醇懸浮液或重復(fù)后涂覆的次數(shù)來(lái)調(diào)整。由于其大的表面面積、高的折射率和獨(dú)特的光電性能，涂覆在金膜上的WS2納米片覆蓋層顯著提高了傳感靈敏度。通過(guò)將WS2懸浮液涂覆一次，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中取得了較高的靈敏度(高達(dá)2459.3 nm/ RIU)。與沒(méi)有WS2覆蓋層的情況相比，該結(jié)果顯示靈敏度提高了26.6%。研究人員分析和討論了WS2納米薄膜覆蓋層對(duì)傳感性能改善的影響。此外，所提出的WS2 SPR傳感器在折射率范圍為1.333到1.360之間的線性相關(guān)系數(shù)為99.76%。除了靈敏度增強(qiáng)之外，WS2納米片覆蓋層還能夠顯示額外的優(yōu)點(diǎn)，例如保護(hù)金屬膜免受氧化、共振波長(zhǎng)區(qū)域的可調(diào)諧性、生物相容性、蒸氣能力和氣敏性。

  近年來(lái)，由于二元過(guò)渡金屬二鹵化物(TMDC)，如二硫化鉬(MoS2)和二硫化鎢(WS2)，由于其具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、等離子體、電化學(xué)和電催化性能性質(zhì)的原子薄層結(jié)構(gòu)，在各學(xué)科之間的關(guān)注度越來(lái)越大。WS2具有由共價(jià)連接的S- W-S單層形成的六方晶體結(jié)構(gòu)，并通過(guò)弱范德瓦爾斯力疊加。WS2單層包含一層鎢原子，其具有六重協(xié)調(diào)對(duì)稱性，其對(duì)稱地填充在兩個(gè)硫原子的三角原子層之間。因此，作為新出現(xiàn)的2D層狀納米材料之一的WS2被認(rèn)為是石墨烯類材料。有許多用于TMDC合成的技術(shù)，如化學(xué)氣相沉積、機(jī)械剝落和液相剝離方法。作為一種典型的TMDC材料，WS2具有強(qiáng)的光致發(fā)光、大的光響應(yīng)性、高密度的電子態(tài)、可見(jiàn)光到近紅外光譜中的大量帶隙，以及高的表面與體積和層相關(guān)的電子和光學(xué)性質(zhì)，使其成為一個(gè)有前途的材料。為開(kāi)發(fā)新的生物和化學(xué)傳感器和傳感應(yīng)用提供許多機(jī)會(huì)。例如，據(jù)報(bào)道，等離子體輔助合成WS2薄膜對(duì)NH3的存在具有高靈敏度，這表明二維WS2膜用于電化學(xué)氣敏應(yīng)用的潛力。有文獻(xiàn)報(bào)道了一種用于小分子-蛋白質(zhì)-受體相互作用超靈敏檢測(cè)的新型納米WS2納米傳感器，其靈敏度高達(dá)5.3 pmol/L。包裹在維納光纖的錐形區(qū)域上，WS2納米薄膜已經(jīng)被提出用于增強(qiáng)濕度感測(cè)。