中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)
China Electronic Components Association
近日，西安交通大學(xué)電信學(xué)部信通學(xué)院徐開(kāi)達(dá)課題組與中物院微系統(tǒng)與太赫茲研究中心開(kāi)展合作研究，利用柔性襯底與石墨烯材料設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于農(nóng)藥濃度檢測(cè)的太赫茲超構(gòu)材料傳感器。研究成果以《一款應(yīng)用于農(nóng)藥傳感與檢測(cè)的柔性太赫茲超構(gòu)材料傳感器》（A Flexible Terahertz Metamaterial Sensor for Pesticide Sensing and Detection）為題發(fā)表于期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF=9.5）。
隨著太赫茲技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了許多應(yīng)用場(chǎng)景。太赫茲波具有高穿透性、非電離性、寬帶和高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于無(wú)損檢測(cè)、高速通信和無(wú)接觸檢測(cè)等。太赫茲傳感器主要有以下幾種類(lèi)型：折射率傳感器、生物傳感器、農(nóng)藥傳感器等。然而，大多數(shù)太赫茲傳感器都不具備柔性，無(wú)法滿(mǎn)足生物傳感或農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥檢測(cè)需求，因此柔性傳感器的研究逐漸增多。并且更多的新型材料被引入太赫茲傳感器領(lǐng)域，以提升傳感器性能，其中石墨烯因其獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)特性也被用于太赫茲傳感器設(shè)計(jì)。石墨烯的費(fèi)米能級(jí)可被電壓、激光或化學(xué)物質(zhì)影響，用于調(diào)節(jié)傳感器特性。石墨烯既可替代傳統(tǒng)超構(gòu)材料傳感器頂部的金屬層，也可覆蓋在傳統(tǒng)超構(gòu)材料傳感器的上表面，以提高檢測(cè)靈敏度。然而，現(xiàn)有石墨烯加載傳感器僅限于低農(nóng)藥濃度檢測(cè)，高濃度檢測(cè)能力并不出色。
在最新的研究中，科研人員設(shè)計(jì)了一款超構(gòu)材料傳感器，其單元結(jié)構(gòu)為螺旋形折線(xiàn)結(jié)構(gòu)，并且經(jīng)過(guò)紫外光刻技術(shù)的制備，得到了傳感器樣品。使用太赫茲時(shí)域光譜儀對(duì)傳感器進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合度良好，表明傳感器的兩個(gè)諧振點(diǎn)出現(xiàn)在0.37 THz與1.13 THz。
研究人員測(cè)試了該超構(gòu)材料傳感器對(duì)于農(nóng)藥濃度的傳感能力。在該研究中，采用了不同濃度的甲基-毒死蜱（C7H7Cl3NO3PS）農(nóng)藥的丙酮溶液。通過(guò)使用移液器將各種濃度的農(nóng)藥溶液滴加到傳感器樣品上表面，隨后，使用太赫茲時(shí)域光譜儀測(cè)試其透射率。微量外部物質(zhì)的存在會(huì)改變超構(gòu)材料表面的介電環(huán)境，從而在表面產(chǎn)生增強(qiáng)的局部電場(chǎng)。這些變化表現(xiàn)為諧振峰的變化，使傳感器能夠高度靈敏地檢測(cè)農(nóng)藥濃度。結(jié)果表明，峰值透射率甲基-毒死蜱溶液濃度之間存在較強(qiáng)的線(xiàn)性相關(guān)性。
