一个多物理数量传感器,基于一个含有多层石墨烯过度波形元材料的多层光子结构
Jie Xu1, Zhao Tang1, You Ran Wu1
1College of and Optical Engineering & College of Flexible Electronics (Future Technology), Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing, 210023, China. hanlor@163.com.
Physical chemistry chemical physics : PCCP
|June 26, 2023
概括
这项研究引入了一种新型的分层光子结构 (LPS) 传感器,使用石墨烯进行太赫兹 (THz) 检测. 雅努斯的元结构设计使各种物质和物理参数的多维传感具有高灵敏度和角度不灵敏度.
科学领域:
- 光子学和元材料研究
- 特拉赫兹 (THz) 传感技术
- 基于石墨烯的设备
背景情况:
- 分层光子结构 (LPS) 提供了增强光物质相互作用的潜力.
- 石墨烯独特的电磁特性使其适合于太赫兹 (THz) 应用.
- 斯元结构为新的传感能力提供了定向不对称性.
研究的目的:
- 开发一个多维传感器,利用石墨烯和THz范围的Janus元结构.
- 为了研究传感器检测葡萄糖,酒精,应用于电压,高压元材料 (HM) 厚度和温度的能力.
- 通过结构优化和对角度不敏感的设计来提高传感器性能.
主要方法:
- 使用石墨烯构成的层级光子结构 (LPS) 传感器的制造.
- 利用石墨烯的内在吸收原理来产生THz吸收峰值.
- 用非堆叠的介质设计一个Janus元结构,用于定向传感特性.
- 采用粒子群优化 (PSO) 算法进行结构参数优化.
主要成果:
- 传感器实现了 940.34 THz/RIU 的高灵敏度 (S),用于电压检测.
- 对葡萄糖 (5.52 THz/RIU) 和酒精 (4.44 THz/RIU) 溶液显著敏感.
- 由于超波力超材料 (HM) 的角度不敏感的特征.
- 实现了各种检测参数的高质量系数 (Q) 和优点图 (FOM) 值.
结论:
- 使用Janus元结构和石墨烯开发的LPS传感器在THz范围内提供了多功能多维传感.
- 针对PSO优化的设计提供了出色的灵敏度,分辨率和角度不灵敏度.
- 这种单一的设备展示了检测多种物质和物理量的潜力,提高了结构效用.
