石墨烯覆盖铝纳米光栅表面等离激元共振光谱及传感特性

摘要：

表面等离激元共振技术具有无需标记、灵敏度高、实时检测等优点,已广泛应用于生物医疗、环境监测及食品安全等领域. 相对于传统贵金属材料表面等离激元共振传感器而言,铝表面等离激元共振传感器具有价格低廉、共振光谱带宽小等优点,已逐渐成为了该领域的研究热点. 针对铝材料存在与生物分子兼容性差、易氧化等缺点,利用石墨烯化学稳定性好、比表面积大、抗氧化能力强、生物兼容性好等独特优势,将其作为与被测分子直接接触的传感层,提出了一种石墨烯覆盖铝纳米光栅的表面等离激元共振传感器. 首先,基于多物理场有限元仿真软件建立了该传感器的物理模型,分别分析了石墨烯层数和铝光栅结构参数(占空比、高度、周期)对传感器共振光谱的影响. 结果表明,石墨烯与铝光栅的复合有效增强了入射光波与传感器的相互作用,采用单层石墨烯与铝光栅复合时,共振峰具有最窄的光谱带宽. 当铝纳米光栅结构Λ=600 nm,H=40 nm,η=70％时,光谱反射率为零. 进一步分析了结构优化后的传感器的传感特性. 结果表明,单层石墨烯覆盖铝纳米光栅传感器具有最高的品质因数24.5 RIU-1,其灵敏度高达626 nm·RIU-1. 该传感器具有探测精度高、分子兼容性好等优点,能为生化分析、环境监测和食品安全等领域提供一个新的绿色传感平台.

关键词：表面等离激元、共振光谱、石墨烯、铝纳米光栅

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分类号：O539(等离子体物理学)

资助基金：国家自然科学基金项目61405021,61675037;重庆市自然科学基金项目cstc2014jcyjA40045;国家863计划项目2015AA034801;高等学校博士学科点专项科研基金新教师类资助课题20120191120021;中央高校基本科研业务费CDJZR12120004,1061120131206

在线出版日期：2017-05-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：997-1002