论文部分内容阅读
液体浓度是溶液的重要特性表征参量，液体浓度的高低对于溶液在其应用中的有效与有利利用有着至关重要的影响，能够在线、实时、快速及准确的传感检测液体浓度有着重要的工程应用意义。本论文旨在研究石墨烯基材料增强SPR的液体浓度传感技术，为液体浓度在线、实时、快速及准确的传感检测提供一种新的技术手段。
论文基于石墨烯基材料对表面等离子共振效应的增强特性，设计了基于石墨烯基材料的棱镜型多层膜SPR传感结构，针对四种不同的待测介质溶液，对SPR传感结构中的选用材料与结构参数进行了优化，提出了分别采用石墨烯或氧化石墨烯等材料增强表面等离子共振效应的SPR液体浓度传感检测方法，并研究了它们的SPR液体浓度传感特性。通过理论研究和实验验证，分别建立了这四种液体浓度与SPR角的SPR传感关系模型。为实现基于石墨烯基材料的表面等离子共振技术在这四种液体浓度的光学传感检测应用提供了理论准备，并为实现基于石墨烯基材料的SPR技术在液体浓度光学传感器件领域的应用提供了方向。
论文主要做了以下几个方面的研究工作。
探讨了表面等离子共振的基本特性，研究了表面等离子共振的传感机理。研究了表面等离子共振效应的激发机理和特性，并研究了石墨烯基材料、二维半导体纳米材料和金纳米线阵列结构的增强表面等离子共振效应激发的特性。从表面等离子共振的传感特性出发，探讨了表面等离子共振传感研究现状，并分析了表面等离子共振传感类型。
针对基于SPR的葡萄糖浓度传感检测，设计了一种基于由石墨烯、金纳米线阵列和氧化铟锡、氧化锌等二维半导体纳米材料构成的六层介电材料层的SPR葡萄糖浓度传感结构，研究了该结构对于医用葡萄糖溶液中葡萄糖浓度的传感特性。结果表明：采用氧化石墨烯、金纳米线阵列和氧化锌、氧化铟锡等二维半导体纳米材料增强了SPR效应，在葡萄糖溶液的0g/L～100g/L的葡萄糖浓度传感范围内，葡萄糖浓度与SPR角呈现出了线性关系，葡萄糖浓度SPR传感的灵敏度达到了0.04o/(g/L)conc。可实现浓度为0g/L～100g/L的医用葡萄糖溶液的SPR葡萄糖浓度传感检测。
针对基于SPR的蔗糖浓度传感检测，设计了一种基于由氧化石墨烯、金纳米线阵列和二硫化钼二维半导体纳米材料构成的五层介电材料层的SPR蔗糖浓度传感结构，研究了该结构对于蔗糖溶液中蔗糖浓度的传感特性。结果表明：采用氧化石墨烯、金纳米线阵列和二硫化钼二维半导体纳米材料增强了SPR效应，在蔗糖溶液的0%～70%的蔗糖浓度传感范围内，蔗糖浓度与SPR角呈现出了线性关系，蔗糖浓度SPR传感的灵敏度达到了0.16o/%conc。可实现浓度为0%～70%的蔗糖溶液的SPR蔗糖浓度传感检测。
针对基于SPR的氯化钠浓度传感检测，设计了一种基于由氧化石墨烯、金纳米层阵列和二硫化钼、氧化锌、二氧化钛等二维半导体纳米材料构成的七层介电材料层的SPR氯化钠浓度传感结构，研究了该结构对于医用氯化钠溶液中氯化钠浓度的传感特性。结果表明：采用氧化石墨烯、金纳米线阵列和二硫化钼、氧化锌、二氧化钛等二维半导体纳米材料增强了SPR效应，在氯化钠溶液的0g/100mL～15g/100mL的氯化钠浓度传感范围内，氯化钠浓度与SPR角呈现出了线性关系，氯化钠浓度SPR传感的灵敏度达到了0.27o/(g/100mL)conc。可实现浓度为0g/100mL～15g/100mL的医用氯化钠溶液的SPR氯化钠浓度传感检测。
针对基于SPR的乙醇浓度传感检测，设计了一种基于由氧化石墨烯、金纳米材料和二硫化钼、氧化锌、二氧化钛等二维半导体纳米材料构成的七层介电材料层的SPR乙醇浓度传感结构，研究了该结构对于乙醇溶液中乙醇浓度的传感特性。结果表明：采用氧化石墨烯和二硫化钼、氧化锌、二氧化钛等二维半导体纳米材料增强了SPR效应，在乙醇溶液的0%～80%的乙醇浓度传感范围内，乙醇浓度与SPR角呈现出了二次方关系，乙醇浓度SPR传感的灵敏度达到了0.09o/%conc。可实现浓度为0%～80%的乙醇溶液的SPR乙醇浓度传感检测。
论文基于石墨烯基材料对表面等离子共振效应的增强特性，设计了基于石墨烯基材料的棱镜型多层膜SPR传感结构，针对四种不同的待测介质溶液，对SPR传感结构中的选用材料与结构参数进行了优化，提出了分别采用石墨烯或氧化石墨烯等材料增强表面等离子共振效应的SPR液体浓度传感检测方法，并研究了它们的SPR液体浓度传感特性。通过理论研究和实验验证，分别建立了这四种液体浓度与SPR角的SPR传感关系模型。为实现基于石墨烯基材料的表面等离子共振技术在这四种液体浓度的光学传感检测应用提供了理论准备，并为实现基于石墨烯基材料的SPR技术在液体浓度光学传感器件领域的应用提供了方向。
论文主要做了以下几个方面的研究工作。
探讨了表面等离子共振的基本特性，研究了表面等离子共振的传感机理。研究了表面等离子共振效应的激发机理和特性，并研究了石墨烯基材料、二维半导体纳米材料和金纳米线阵列结构的增强表面等离子共振效应激发的特性。从表面等离子共振的传感特性出发，探讨了表面等离子共振传感研究现状，并分析了表面等离子共振传感类型。
针对基于SPR的葡萄糖浓度传感检测，设计了一种基于由石墨烯、金纳米线阵列和氧化铟锡、氧化锌等二维半导体纳米材料构成的六层介电材料层的SPR葡萄糖浓度传感结构，研究了该结构对于医用葡萄糖溶液中葡萄糖浓度的传感特性。结果表明：采用氧化石墨烯、金纳米线阵列和氧化锌、氧化铟锡等二维半导体纳米材料增强了SPR效应，在葡萄糖溶液的0g/L～100g/L的葡萄糖浓度传感范围内，葡萄糖浓度与SPR角呈现出了线性关系，葡萄糖浓度SPR传感的灵敏度达到了0.04o/(g/L)conc。可实现浓度为0g/L～100g/L的医用葡萄糖溶液的SPR葡萄糖浓度传感检测。
针对基于SPR的蔗糖浓度传感检测，设计了一种基于由氧化石墨烯、金纳米线阵列和二硫化钼二维半导体纳米材料构成的五层介电材料层的SPR蔗糖浓度传感结构，研究了该结构对于蔗糖溶液中蔗糖浓度的传感特性。结果表明：采用氧化石墨烯、金纳米线阵列和二硫化钼二维半导体纳米材料增强了SPR效应，在蔗糖溶液的0%～70%的蔗糖浓度传感范围内，蔗糖浓度与SPR角呈现出了线性关系，蔗糖浓度SPR传感的灵敏度达到了0.16o/%conc。可实现浓度为0%～70%的蔗糖溶液的SPR蔗糖浓度传感检测。
针对基于SPR的氯化钠浓度传感检测，设计了一种基于由氧化石墨烯、金纳米层阵列和二硫化钼、氧化锌、二氧化钛等二维半导体纳米材料构成的七层介电材料层的SPR氯化钠浓度传感结构，研究了该结构对于医用氯化钠溶液中氯化钠浓度的传感特性。结果表明：采用氧化石墨烯、金纳米线阵列和二硫化钼、氧化锌、二氧化钛等二维半导体纳米材料增强了SPR效应，在氯化钠溶液的0g/100mL～15g/100mL的氯化钠浓度传感范围内，氯化钠浓度与SPR角呈现出了线性关系，氯化钠浓度SPR传感的灵敏度达到了0.27o/(g/100mL)conc。可实现浓度为0g/100mL～15g/100mL的医用氯化钠溶液的SPR氯化钠浓度传感检测。
针对基于SPR的乙醇浓度传感检测，设计了一种基于由氧化石墨烯、金纳米材料和二硫化钼、氧化锌、二氧化钛等二维半导体纳米材料构成的七层介电材料层的SPR乙醇浓度传感结构，研究了该结构对于乙醇溶液中乙醇浓度的传感特性。结果表明：采用氧化石墨烯和二硫化钼、氧化锌、二氧化钛等二维半导体纳米材料增强了SPR效应，在乙醇溶液的0%～80%的乙醇浓度传感范围内，乙醇浓度与SPR角呈现出了二次方关系，乙醇浓度SPR传感的灵敏度达到了0.09o/%conc。可实现浓度为0%～80%的乙醇溶液的SPR乙醇浓度传感检测。