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纳米级传感器为污染物识别提供光学指纹

导读: 由超薄纳米材料制成的传感器通过提供清晰的光学指纹来检测污染物分子,以此提高环境遥感的精度。传统的传感器依赖于微小的峰值偏移和强度变化检测空气中的污染物分子,但该方法并不精确。

由超薄纳米材料制成的传感器通过提供清晰的光学指纹来检测污染物分子,以此提高环境遥感的精度。传统的传感器依赖于微小的峰值偏移和强度变化检测空气中的污染物分子,但该方法并不精确。

纳米级传感器为污染物识别提供清晰的光学指纹

通过激活传感器材料中的暗电子状态并产生新的可见峰以识别污染物分子。传感器材料光学指纹的改变证明了污染物分子的存在。

来自瑞典查尔姆斯理工大学和德国柏林工业大学的一支研究团队开发了一种使用原子级厚度的过渡族金属二硫化物(TMDs)的高效传感器。TMDs拥有极佳的表面积与体积比和极强的光与物质相互作用,使得该材料对周围环境的变化非常敏感。

TMDs除了能显示亮激子,也能显示角动量或质心动量不为零的各种暗激子。新型传感器通过激活纳米材料中的暗激子来识别分子。纳米材料表面上的污染物分子与暗激子相互作用并使其可见(变亮),并改变光学指纹以显示污染物分子的存在。

该团队证明,TMDs中的暗激子和亮激子具有高效的耦合,而具有强偶极矩的非共价连接分子可能使暗激子发光,从而在光谱中产生额外的峰。

“该方法可能为环境气体的检测开辟出新的可能性,”研究人员Maja Feierabend表示,“我们的方法比传统的传感器更加稳定,因为新的传感器依赖于其光学特性的微小变化。”当光线照射在传感器上时,将会显示材料的光学指纹。

“我们的方法在超薄、高速、高效、精密的传感器研究领域有极大潜力。未来,利用该方法有希望制造出用于环境研究的高灵敏度和高区分度的传感器。”研究人员Ermin Malic说。

该团队为其新型传感器提交了专利申请。接下来他们将与实验物理学家和化学家合作,为这一新型化学传感器进行原理证明。

该研究已发表在《自然通讯》(Nature Communications)。

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