科学家开发基于激光纹理金膜的高精度传感器

一阶晶格等离子体共振 (FLPR) 的各种应用a) 由注入饱和乙醇蒸汽引起的纳米空隙阵列 SP 传感器的光谱响应。(b) 平方归一化 EM 场振幅 E2/E2 0 在浸入甲苯中的纳米空隙阵列表面附近计算，由线性偏振源以 2.5-μm 波长从顶部激发。(c) 纳米空隙阵列在空气中和甲苯液体层下的 FTIR 反射光谱。如果在没有甲苯吸收的情况下获取，虚线曲线提供了纳米空隙阵列对反射光谱的贡献。下图显示了在相同条件下获得的甲苯覆盖的光滑 Au 膜表面的 FTIR 反射。图片来源：FEFU

远东联邦大学 (FEFU) 的科学家与来自俄罗斯、日本和澳大利亚的同事开发了一种基于特殊设计的金膜的多功能传感器，其表面包含数百万个通过飞秒激光打印产生的抛物面纳米天线。传感器识别痕量浓度的分子，在液体和气体环境中检测它们。它可以轻松调整以提供不同的模式，包括生物学研究、医疗和安全任务。相关研究发表在《纳米材料》上。

传感器对其表面附近环境的最微小变化（例如气体或有机分子、液体局部折射率的变化等）作出反应，可应用于生物分析、环境监测、食品质量分析、和各种安全系统。

“尽管科学在高精度物理化学传感器领域取得了重大进展在过去的几十年里，仍然需要灵活、昂贵的技术来制造在单个设备中结合不同测量模式的廉价多用途传感器。用于此类传感器制造的现有光刻技术既费时又费钱，因此不适合大规模生产。我们提出了高效廉价的激光打印技术来解决上述问题。使用它，我们可以轻松地生产具有所需表面形态和共振特性的传感器元件，经过优化以合并不同的传感模式并具有足够的机械强度以在液体环境中运行，”FEFU STI 虚拟和增强技术研究员 Aleksandr Kuchmizhak 说现实。

基于纳米纹理金膜的传感器系统是通过直接飞秒激光打印制造的。这种超薄金膜暴露于单个飞秒脉冲导致形成数百万个中空抛物线纳米结构（纳米空隙），即所谓的纳米天线。这些纳米结构的有序阵列具有明显的共振光学特性。它们有效地将可见光和红外光谱范围的入射辐射转换为特殊的表面波，即所谓的表面等离子体，这为传感器提供了对周围环境变化的显着敏感性。

来自 FEFU、FEB RAS 和 MEPhI，以及名古屋工业大学（日本）、东海大学（日本）和斯威本科技大学（澳大利亚）的科学家参与了这项工作。

此前，FEFU 和斯威本科技大学的科学家与印度和日本的同事合作，开发了一种基于十字形硅纳米天线阵列的光学元件。这些纳米天线以适当的方式排列，形成了一个用于中红外和太赫兹光谱范围的螺旋波片，允许将普通高斯光束转换为奇异涡旋光束。该光学元件旨在对红外光谱范围内的蛋白质结构进行高级实验室研究，以及研究新的手性分子化合物。

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