基于金屬納米-石墨烯復(fù)合材料的SPR傳感器研究.pdf

1、在污染水體修復(fù)工程中，水體中痕量重金屬離子檢測(cè)一直是一個(gè)重要的研究方向，國(guó)家環(huán)境部門也投入了大量的精力和費(fèi)用。近年來，納米材料的快速發(fā)展為準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、痕量檢測(cè)水環(huán)境重金屬提供了新的契機(jī)和挑戰(zhàn)，發(fā)展基于金屬納米結(jié)構(gòu)及其復(fù)合材料的SPR傳感芯片，檢測(cè)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(cè)傳感器主要以金膜作為傳感芯片，然而，傳統(tǒng)金膜對(duì)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(cè)傳感器對(duì)水體

2、中痕量重金屬的靈敏度有待于進(jìn)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(fù)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(yīng)用。搭建了波長(zhǎng)調(diào)制型SPR傳

3、感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建立了檢測(cè)葡萄糖、重金屬汞離子濃度的實(shí)驗(yàn)方法。主要的研究?jī)?nèi)容包括：
　?、僭贙retschmann模型的基礎(chǔ)上，利用連續(xù)光譜源、光纖傳輸、光學(xué)透鏡、光學(xué)三棱鏡、光譜分析儀等設(shè)備設(shè)計(jì)并搭建了波長(zhǎng)檢測(cè)型的SPR傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)光路簡(jiǎn)單，操作方便，利用平臺(tái)研究了金屬納米薄膜的SPR效應(yīng)。
　?、诜治鼋饘偌{米粒子的形貌、大小在SPR檢測(cè)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(duì)周圍環(huán)境的折射率變化有著更強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，進(jìn)而增強(qiáng)傳感器的SPR效應(yīng)，提高對(duì)低濃度物質(zhì)的檢測(cè)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(yīng)用于SPR檢測(cè)傳感器，以提高檢測(cè)的靈敏度。通過勻膠機(jī)將銀納米立方體溶液旋涂在薄玻片上，再用高純氮?dú)獯蹈梢约庸谭€(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(cè)了葡萄糖溶液的濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明銀納米立方體薄膜具有非常好的SPR效應(yīng)，有助于水體中痕量重金屬檢測(cè)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(shè)計(jì)了重金屬汞離子的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)汞離子的痕量檢測(cè)（檢出限30ug/L）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金八面體納米結(jié)構(gòu)極大地增強(qiáng)了傳感器的SPR信號(hào)，提高了對(duì)低濃度汞離子的靈敏度和分析率。
　　④石墨烯具有極大的

6、比表面積，優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、極高的遷移效率和極強(qiáng)的吸附能力，還擁有極其豐富的表面基團(tuán)，這使得石墨烯可以作為與貴金屬納米材料結(jié)合形成復(fù)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(tuán)聚，從而保持大的表面積和良好的理化性質(zhì)，對(duì)污染水體中重金屬具有很高的吸附作用。同時(shí)，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(fù)合材料。本文對(duì)單層石墨烯