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暨南大學表面等離子體共振傳感器研究取得進展

[2018/6/7]

  近日，暨南大學理工學院羅云瀚課題組提出了使用二硫化鎢納米薄膜覆蓋層進行增強型表面等離子體共振傳感器。

  二硫化鎢(WS2)是一種具有代表性的層狀過渡金屬二鹵代酸(TMDC)材料，在高靈敏傳感器中具有重要的應用前景。在這里，研究人員提出了一種具有WS2納米薄膜覆蓋層改進的金屬膜的靈敏度增強表面等離子體共振(SPR)傳感器。SPR靈敏度與WS2覆蓋層的厚度有關，其可以通過涂覆不同濃度的WS2乙醇懸浮液或重復后涂覆的次數來調整。由于其大的表面面積、高的折射率和獨特的光電性能，涂覆在金膜上的WS2納米片覆蓋層顯著提高了傳感靈敏度。通過將WS2懸浮液涂覆一次，他們在實驗中取得了較高的靈敏度(高達2459.3 nm/ RIU)。與沒有WS2覆蓋層的情況相比，該結果顯示靈敏度提高了26.6%。研究人員分析和討論了WS2納米薄膜覆蓋層對傳感性能改善的影響。此外，所提出的WS2 SPR傳感器在折射率范圍為1.333到1.360之間的線性相關系數為99.76%。除了靈敏度增強之外，WS2納米片覆蓋層還能夠顯示額外的優點，例如保護金屬膜免受氧化、共振波長區域的可調諧性、生物相容性、蒸氣能力和氣敏性。

  近年來，由于二元過渡金屬二鹵化物(TMDC)，如二硫化鉬(MoS2)和二硫化鎢(WS2)，由于其具有獨特的電學、光學、等離子體、電化學和電催化性能性質的原子薄層結構，在各學科之間的關注度越來越大。WS2具有由共價連接的S- W-S單層形成的六方晶體結構，并通過弱范德瓦爾斯力疊加。WS2單層包含一層鎢原子，其具有六重協調對稱性，其對稱地填充在兩個硫原子的三角原子層之間。因此，作為新出現的2D層狀納米材料之一的WS2被認為是石墨烯類材料。有許多用于TMDC合成的技術，如化學氣相沉積、機械剝落和液相剝離方法。作為一種典型的TMDC材料，WS2具有強的光致發光、大的光響應性、高密度的電子態、可見光到近紅外光譜中的大量帶隙，以及高的表面與體積和層相關的電子和光學性質，使其成為一個有前途的材料。為開發新的生物和化學傳感器和傳感應用提供許多機會。例如，據報道，等離子體輔助合成WS2薄膜對NH3的存在具有高靈敏度，這表明二維WS2膜用于電化學氣敏應用的潛力。有文獻報道了一種用于小分子-蛋白質-受體相互作用超靈敏檢測的新型納米WS2納米傳感器，其靈敏度高達5.3 pmol/L。包裹在維納光纖的錐形區域上，WS2納米薄膜已經被提出用于增強濕度感測。