Neue Graphen-basierten sensor-design könnte die Verbesserung der Lebensmittelsicherheit: Ansatz bietet eine hohe Sensitivität für die Entdeckung von Gasen, Chemikalien und Krankheitserreger

In den USA, mehr als 100 Lebensmittel-Rückrufe ausgegeben wurden im Jahr 2017 wegen der Kontamination von schädlichen Bakterien wie Listerien, Salmonellen oder E. coli. Ein neues sensor-design könnte eines Tages machen es leichter zu erkennen, Krankheitserreger in Lebensmitteln, bevor die Produkte auf den Regalen und verhindert so, manchmal auch tödlichen Krankheiten von kontaminierten Lebensmitteln.

In der Zeitschrift Optical Materials Express, berichten Forscher ein neues Konzept für ein sensor, der sich gleichzeitig erkennen mehrere Substanzen, darunter gefährliche Bakterien und andere Krankheitserreger. Neben der Lebensmittelsicherheit, das neue design kann verbessern die Erkennung von Gasen und Chemikalien für eine Breite Palette von anderen Anwendungen.

„Unser design basiert auf Graphen-Blätter, die zweidimensionale Kristalle aus Kohlenstoff, gerade ein atom dick,“ sagte research-team-Mitglied-Bing-Gang Xiao aus China Jiliang University. „Der sensor ist nicht nur besonders empfindlich, sondern können auch leicht eingestellt werden, um zu erkennen, unterschiedliche Stoffe.“

Sensing mit Graphen

Die hervorragenden optischen und elektronischen Eigenschaften von Graphen machen es attraktiv für sensoren, elektromagnetische Wellen, bekannt als plasmonen, die sich vermehren, entlang der Oberfläche eines leitenden Materials in Reaktion auf Licht-Exposition. Eine Substanz, die gemessen werden können, wie der Brechungsindex des Sensors ändert sich, wenn eine Substanz von Interesse in der Nähe der Graphen-Oberfläche.

Forscher haben Vorteile von Graphen-die einzigartigen Eigenschaften zu erstellen, sensoren und Materialien für eine Vielzahl von Anwendungen in den letzten Jahren. Im Vergleich zu Metallen wie gold und Silber, Graphen Exponate stärker plasmon-Wellen mit mehr Ausbreitung Entfernungen. Darüber hinaus die Wellenlänge ein, bei der Graphen ist reaktionsschnell Weg kann geändert werden, indem eine Polarisierung-Spannung statt Neuerstellung der ganzen Anlage. Jedoch, einige frühere Forschungsarbeiten haben gezeigt, sensible Graphen-sensoren, die Arbeit mit der Infrarot-Wellenlängen notwendig, um zu erkennen, Bakterien und Biomoleküle.

Für den neuen sensor, den Forscher mit theoretischen Berechnungen und Simulationen zu entwerfen, die ein array von nanoskaligen Graphen-Festplatten, die jeweils ein off-Zentrum-Loch. Der sensor ist mit Ionen-gel-und Silizium-Schichten, die verwendet werden können, um eine Spannung anlegen, die die Feineinstellung des Graphen die Eigenschaften für die Erkennung von verschiedenen Substanzen.

Die Interaktion zwischen den Datenträgern und deren Löcher schafft, was ist bekannt als die plasmon-Hybridisierung Wirkung, die erhöht die Empfindlichkeit des Gerätes. Das Loch und der Scheibe auch das erstellen unterschiedlicher Wellenlänge Spitzen, die jeweils verwendet werden, um das Vorhandensein verschiedener Substanzen gleichzeitig.

Simulationen durchgeführt, die die Forscher anhand von mittleren Infrarot-Wellenlängen zeigte, dass Ihre neue sensor-Plattform wäre empfindlicher auf Stoffe, die in Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffen als mit Scheiben ohne Löcher.

Die Forscher arbeiten nun an der Verbesserung der Verfahren, die verwendet werden, um das array von nanoskaligen discs. Die Genauigkeit mit der diese Strukturen hergestellt werden, werden einen enormen Einfluss auf die Leistung des Sensors.

„Wir wollen auch erforschen, ob der Graphen-plasmonen-Hybridisierung Effekt könnte verwendet werden, um die Beihilfen für das design von dual-band mid-infrared optical communication devices“, sagte Xiao.