中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，西安交通大學(xué)電信學(xué)部信通學(xué)院徐開(kāi)達課題組與中物院微系統與太赫茲研究中心開(kāi)展合作研究，利用柔性襯底與石墨烯材料設計了一款應用于農藥濃度檢測的太赫茲超構材料傳感器。研究成果以《一款應用于農藥傳感與檢測的柔性太赫茲超構材料傳感器》（A Flexible Terahertz Metamaterial Sensor for Pesticide Sensing and Detection）為題發(fā)表于期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF=9.5）。
隨著(zhù)太赫茲技術(shù)的快速發(fā)展，出現了許多應用場(chǎng)景。太赫茲波具有高穿透性、非電離性、寬帶和高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于無(wú)損檢測、高速通信和無(wú)接觸檢測等。太赫茲傳感器主要有以下幾種類(lèi)型：折射率傳感器、生物傳感器、農藥傳感器等。然而，大多數太赫茲傳感器都不具備柔性，無(wú)法滿(mǎn)足生物傳感或農產(chǎn)品農藥檢測需求，因此柔性傳感器的研究逐漸增多。并且更多的新型材料被引入太赫茲傳感器領(lǐng)域，以提升傳感器性能，其中石墨烯因其獨特的電學(xué)和光學(xué)特性也被用于太赫茲傳感器設計。石墨烯的費米能級可被電壓、激光或化學(xué)物質(zhì)影響，用于調節傳感器特性。石墨烯既可替代傳統超構材料傳感器頂部的金屬層，也可覆蓋在傳統超構材料傳感器的上表面，以提高檢測靈敏度。然而，現有石墨烯加載傳感器僅限于低農藥濃度檢測，高濃度檢測能力并不出色。
在最新的研究中，科研人員設計了一款超構材料傳感器，其單元結構為螺旋形折線(xiàn)結構，并且經(jīng)過(guò)紫外光刻技術(shù)的制備，得到了傳感器樣品。使用太赫茲時(shí)域光譜儀對傳感器進(jìn)行了測試，測試結果與仿真結果吻合度良好，表明傳感器的兩個(gè)諧振點(diǎn)出現在0.37 THz與1.13 THz。
研究人員測試了該超構材料傳感器對于農藥濃度的傳感能力。在該研究中，采用了不同濃度的甲基-毒死蜱（C7H7Cl3NO3PS）農藥的丙酮溶液。通過(guò)使用移液器將各種濃度的農藥溶液滴加到傳感器樣品上表面，隨后，使用太赫茲時(shí)域光譜儀測試其透射率。微量外部物質(zhì)的存在會(huì )改變超構材料表面的介電環(huán)境，從而在表面產(chǎn)生增強的局部電場(chǎng)。這些變化表現為諧振峰的變化，使傳感器能夠高度靈敏地檢測農藥濃度。結果表明，峰值透射率甲基-毒死蜱溶液濃度之間存在較強的線(xiàn)性相關(guān)性。
