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基于石墨烯的3D纳米管和纳米通道传感器

技术#20170240

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图库
3D GrapheneGraphenePlasmonNanoribbonGraphene Structure
类别
研究人员
春晖戴
电气工程
郑炫町博士
Assistant Professor, Electrical & Computer Engineering
外部链接 (ece.umn.edu)
克里特阿加瓦尔
电气工程
由...管理
凯文镍
技术授权官 612-625-7289
专利保护

申请临时专利申请
出版物
自组装三维基于石墨烯的多面体诱导体积光限制
纳米字母, 2017年,17(3),第1987-1994

自组装纳米级3D结构

一个自组装过程可以建立独立的3d中,微米/纳米级的,中空的,多面体的与石墨烯基材料(石墨烯和石墨烯氧化物)的几层构成的结构。三维结构已被进一步修饰,而不会影响它们的固有性质,与他们的3D表面上的金属图案。在所有方向上的耦合导致3D等离子体杂交石墨烯形成3D结构的表面上。此效应产生一个封闭的,三维盒的石墨烯,其生成内的高度约束的电场以及立方体的外部。此外,由于均匀的耦合减小了场增强远离表面的衰减,所述3D结构内的密闭电场显示出比2D石墨烯的大小强度高两个数量级。在传感器应用中,太赫兹成像或这些信道,基于等离子体激元催化反应增强内部纳米级分子的光谱可以用于检测目标物质的这些结构或用于存储和感测所述液体的封闭,密封的3D箱内的特性和气体。管和开口盒结构可以充当流体通道和用于非标记的流式细胞术或作为波导至Thz光传输到长的距离。

均匀的耦合产生更高的增强区

目前的方法不能构造在良好限定的形状的3D结构的石墨烯不失固有性质。 2D纳米带从非常低的场增强,有限的感测区域和灵敏度受到影响,并且可能需要粘附分子与它们的表面上。基于石墨烯堆和纳米带阵列产生更高的场增强比单2D丝带,但也有缺点。 2D石墨烯阵列产生共振的多个峰,这是频谱非常宽,并给他们的低质量的因素,有限的灵敏度和传感器不能在低浓度下使用。此外,以被检测的分子中的石墨烯堆层之间的高的增强区域是不可访问的。此三维装配技术的特征在石墨烯上的自折叠技术,该技术使用来自所有三个维度,类似于光的成分的石墨烯之间的均匀的耦合。这种方法限制所述字段内,并产生波形,这是更容易监测由于异物比2D阵列的多个宽谐振峰的变化的单峰。此外,均匀的耦合产生更高的增强区域,两者内的结构以及显著超越,比2D耦合系统和堆叠,导致不再需要被粘在表面,用于检测可导致的本征损耗分子分子性质。

好处和特点:

  • 通过自组装三维石墨烯
  • 增强的灵敏度和信号(2×比2D石墨烯更高)
  • 来自所有3个维度的石墨烯之间的均匀耦合限制所述字段内和在波形产生单峰
  • 表面上的金属图案化,而不会影响其固有性质
  • 无标记的感测:成本有效,耗时少,能够实时感测和改进的准确度
  • 内和3D石墨烯结构之外体积基于等离子体场增强
  • 高强度场的大表面积的热点。

应用:

  • 纳米传感器
  • 下一代微/纳米器件
  • 无标记生物传感和流式细胞仪
  • 光电器件
  • 管/用于通过它们流入的血液,流体,气体感测roperties或其它物质通道
  • 太赫兹成像系统或内部通道纳米级分子的光谱
  • 封闭的盒子,密封3D结构用于存储和感测所述液体的性质和气体内
  • 对于未标记的流式细胞术的流体通道
  • 用作波导管传输的THz光长距离

发展阶段 - 原型开发

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