基于金屬納米-石墨烯復合材料的SPR傳感器研究.pdf

1、在污染水體修復工程中，水體中痕量重金屬離子檢測一直是一個重要的研究方向，國家環(huán)境部門也投入了大量的精力和費用。近年來，納米材料的快速發(fā)展為準確、實時、痕量檢測水環(huán)境重金屬提供了新的契機和挑戰(zhàn)，發(fā)展基于金屬納米結(jié)構(gòu)及其復合材料的SPR傳感芯片，檢測水體中痕量重金屬離子的技術(shù)和方法，受到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的SPR檢測傳感器主要以金膜作為傳感芯片，然而，傳統(tǒng)金膜對于在傳感表面的低濃度分析物引起的微小折射率變化靈敏度不高，SPR檢測傳感器對水體

2、中痕量重金屬的靈敏度有待于進一步提高。
　　本文介紹了金屬納米粒子的表面等離子體子共振（Surface plasmon resonance,SPR）的基本特性，基于SPR的傳感器的基本原理，通過探索新穎的金屬納米結(jié)構(gòu)制備傳感器薄膜芯片，以提高SPR傳感器的靈敏度和分析率，例如銀納米立方體、金納米八面體、金納米八面體-石墨烯復合薄膜等。介紹了銀納米立方體和金納米八面體粒子的制備方法及其在SPR傳感器中的應用。搭建了波長調(diào)制型SPR傳

3、感器實驗平臺，建立了檢測葡萄糖、重金屬汞離子濃度的實驗方法。主要的研究內(nèi)容包括：
　?、僭贙retschmann模型的基礎上，利用連續(xù)光譜源、光纖傳輸、光學透鏡、光學三棱鏡、光譜分析儀等設備設計并搭建了波長檢測型的SPR傳感器實驗平臺，該平臺光路簡單，操作方便，利用平臺研究了金屬納米薄膜的SPR效應。
　　②分析金屬納米粒子的形貌、大小在SPR檢測傳感器中提高靈敏度的關(guān)鍵作用。金屬納米粒子的尖端（如三角結(jié)構(gòu)，星型結(jié)構(gòu)、八面體

4、結(jié)構(gòu)等）對周圍環(huán)境的折射率變化有著更強的靈敏性。金屬納米的尖端部分電子密集，電子活躍程度高，能夠極大地改善金屬納米粒子的光電性質(zhì)，使其表面電荷極化和局域電場強度明顯增強，進而增強傳感器的SPR效應，提高對低濃度物質(zhì)的檢測靈敏度。
　　我們合成了60~80nm的銀立方體，并將其制備成傳感薄膜，應用于SPR檢測傳感器，以提高檢測的靈敏度。通過勻膠機將銀納米立方體溶液旋涂在薄玻片上，再用高純氮氣吹干以加固穩(wěn)定性，之后把薄玻片粘合在三棱鏡

5、上形成傳感芯片。以醫(yī)用葡萄糖為樣品，定量地檢測了葡萄糖溶液的濃度，實驗結(jié)果表明銀納米立方體薄膜具有非常好的SPR效應，有助于水體中痕量重金屬檢測傳感器的研究。
　?、酆铣闪?00nm左右的金八面體，用同樣的方法制備成傳感薄膜，設計了重金屬汞離子的檢測實驗，實現(xiàn)了對汞離子的痕量檢測（檢出限30ug/L）。實驗結(jié)果表明，金八面體納米結(jié)構(gòu)極大地增強了傳感器的SPR信號，提高了對低濃度汞離子的靈敏度和分析率。
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6、比表面積，優(yōu)異的機械強度和柔韌性、良好的導電導熱性能、極高的遷移效率和極強的吸附能力，還擁有極其豐富的表面基團，這使得石墨烯可以作為與貴金屬納米材料結(jié)合形成復合結(jié)構(gòu)的支撐材料，石墨烯材料能夠避免金屬納米結(jié)構(gòu)本身的團聚，從而保持大的表面積和良好的理化性質(zhì)，對污染水體中重金屬具有很高的吸附作用。同時，存在于二維石墨烯的金屬納米粒子能有效地防止石墨烯本身的聚合，使得石墨烯材料得以穩(wěn)定，并形成3D結(jié)構(gòu)的金屬納米-石墨烯復合材料。本文對單層石墨烯