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图.a):黑磷倾斜光纤光栅器件及其光学调制示意图,b):重金属离子检测的实验步骤,c):不同重金属离子浓度下TM模式共振的光谱图,d):不同重金属离子浓度下光谱的共振强度图
倾斜光纤光栅是一种新型的光纤器件,大角度倾斜光栅结构能够将纤芯光学基模前向耦合到光纤包层,在特定的波长形成一系列离散的谐振峰,光的耦合将随着外界媒质折射率等的变化而变化。因此,倾斜光纤光栅是非常适合作为传感应用的光子器件。黑磷是近年来广受关注的一种具有直接带隙二维半导体材料,具有独特的二维平面结构、超高的比表面积、众多的活性位点,以及从可见到红外广阔的光谱响应范围,在光学检测方面展现出巨大的应用前景。
该研究中,研究团队首次将黑磷和倾斜光纤光栅相结合,揭示了黑磷纳米层独特的光学调制作用,借助于倾斜光栅这种独特的光学结构,构建成新型的超灵敏化学传感器。本研究发展了一种原位层叠的修饰技术,将黑磷纳米片地附着在光纤器件表面,不同厚度的黑磷纳米层展现出对光信号独特的调制性。利用这一特性,该黑磷能够在亚ppb浓度水平检测到重金属铅离子,具有超高的灵敏度、超低的检测限,以及广阔的浓度检测范围。黑磷新型光纤传感器的成功研发,将为化学和生物传感提供一个优越的光学检测平台,从而推动黑磷化学生物传感器的应用研究进程。
相关研究成果发表于Sensors and Actuators B: Chemical。该研究得到了 自然科学基金、欧盟“第七框架计划”等的资助。
湖北孝感注销
OH自由基是大气中重要的氧化剂,对流层大气中几乎所有的可被氧化的痕量气体都主要通过与OH自由基反应而被转化、去除。因此,大气中OH自由基的浓度水平可作为大气氧化能力的指标,其源与汇及反应过程与区域和全球性气候变化、大气臭氧水平以及酸沉降等重大环境问题密切相关。但OH自由基反应活性高、寿命短、浓度低,其准确测量十分困难,是大气化学领域具有挑战性的研究内容。
磁旋转吸收光谱技术(FRS)利用顺磁性分子在纵向磁场中发生的法拉第效应,使分子能级发生塞曼分裂,通过调制解调旋光信号获得磁旋转吸收光谱。该方法对顺磁性分子信号有显著增强作用,同时能够排除大气中常见的水和挥发性有机组分等其他抗磁性分子吸收的干扰,具有高探测灵敏度。
此前,安徽光机所研究员赵卫雄等在国际上率先发展基于中红外2.8微米磁旋转吸收光谱的OH自由基探测新方法。在近期的研究中,科研人员首次将大口径传导冷却超导磁体系统应用于磁旋转吸收光谱中,并将其与大气光化学反应烟雾箱实验系统相结合,在108米吸收光程上,实现了OH自由基1.6×106个/cm3的探测极限,测量准确度优于3%。该仪器成功研制将为OH自由基相关的大气化学过程研究提供研究平台,促进OH自由基再生新机制、大气氧化性、挥发性有机物降解机理、有机老化等大气化学核心问题的深入研究,对我国当前大气复合污染研究具有重要意义。
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