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南京理工大學(xué)電光學(xué)院微納光電子器件與應(yīng)用研究所高麗教授在可穿戴柔性光子傳感器件研究方面取得新的進(jìn)展。相關(guān)研究成果“Soft and Transient Magnesium Plasmonics for Environmental and Biomedical Sensing”(針對環(huán)境及醫(yī)療傳感的柔性瞬態(tài)鎂等離激元)于2018年3月在線發(fā)表于SCI一區(qū)期刊Nano Research(納米研究)(https://doi.org/10.1007/s12274-018-2028-6)。該工作獨(dú)立完成于南京理工電光學(xué)院，碩士研究生李若木為論文第一作者，合作單位包括南京大學(xué)，清華大學(xué)以及美國威斯康星麥迪遜大學(xué)。
高麗教授近幾年在柔性光學(xué)材料的制備和表征上開展了多項(xiàng)原創(chuàng)性工作，在Nature Communications(自然通訊), Advanced Optical Materials(先進(jìn)光學(xué)材料), ACS Nano(ACS納米)，Small等國際頂級學(xué)術(shù)期刊以第一作者發(fā)表多篇論文，獲批中美專利4項(xiàng)，包括首次提出皮膚光子傳感的概念及大面積柔性負(fù)折射率超材料和等離激元結(jié)構(gòu)器件。在此次工作中，由于金屬鎂可以與水發(fā)生可控反應(yīng)，生成可溶解于水的氫氧化鎂，是近幾年熱門的瞬態(tài)可降解電子器件(transient electronics)的關(guān)鍵材料之一。美國伊利諾伊大學(xué)約翰.羅杰斯教授研究團(tuán)隊(duì)在Science(科學(xué))等期刊連續(xù)報(bào)道了一系列基于鎂/氧化鎂材料的可控降解集成電路，提出了嶄新的器件應(yīng)用概念，包括可植入人體進(jìn)行疾病治療和數(shù)據(jù)監(jiān)控，并在數(shù)天療程結(jié)束后進(jìn)行無害降解自吸收;和人為觸發(fā)自毀滅的電子器件等。而高麗教授課題組全新提出了應(yīng)用金屬鎂做為新型等離激元材料，應(yīng)用在可降解可調(diào)控的等離激元傳感器件中。
表面等離激元通常發(fā)生在貴金屬微納結(jié)構(gòu)與電介質(zhì)的界面上，在入射光作用下，金屬表面的自由電子云進(jìn)行集體振蕩，與光子的電場形成諧振，從而產(chǎn)生等離激元。等離激元的諧振頻率可以通過金屬的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括大小、形狀、間距等)和環(huán)境介電常數(shù)等手段大范圍設(shè)計(jì)和調(diào)控。如圖1所示，論文報(bào)道了通過應(yīng)用特殊的納米軟壓印技術(shù)實(shí)現(xiàn)面積高達(dá)4平方厘米而結(jié)構(gòu)精確度低至100nm的大面積柔性等離激元結(jié)構(gòu)。圖中對比了實(shí)驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果，在10-60s與水不同反應(yīng)時(shí)間后，等離激元結(jié)構(gòu)的形貌發(fā)生可控改變，從而極大的調(diào)控了等離激元諧振透射率光譜。
而該調(diào)控機(jī)制可以應(yīng)用于低成本等離激元傳感器件，包括用光學(xué)的方法準(zhǔn)確監(jiān)控環(huán)境濕度和人體汗液流失情況。如圖2所示，通過監(jiān)測器件透射率變化可以讀取相對環(huán)境濕度(RH>50%)的絕對值以及數(shù)天連續(xù)變化，也可以應(yīng)用該柔性器件在人體皮膚上，通過監(jiān)測器件透射率或者顏色的變化來判斷人體汗液流失狀況，避免極端脫水情況的出現(xiàn)。課題組將繼續(xù)致力于推動柔性光子傳感方法的研究以及低成本微納光學(xué)器件的應(yīng)用。該工作獲得江蘇省自然科學(xué)基金(BK20150790)，國家自然科學(xué)基金 (11604151)，以及南京理工大學(xué)自主科研項(xiàng)目(30917015103)以及江蘇省雙創(chuàng)博士計(jì)劃的資助。
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