本文關(guān)鍵詞：石墨烯光柵傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 光柵 傳感器 透射譜 分子振動(dòng)譜

【摘要】：分子振動(dòng)譜是傳感識(shí)別物質(zhì)性質(zhì)和特征的重要指紋,廣泛應(yīng)用于化合物分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定、未知物的鑒定以及混合物成分分析。本文首先設(shè)計(jì)了基于石墨烯光柵的一維、二維傳感器模型,并運(yùn)用分析光柵的兩種常用方法：嚴(yán)格的耦合波分析(Rigorous coupled-wave analysis,RCWA)和時(shí)域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)對(duì)一維、二維石墨烯光柵進(jìn)行數(shù)值求解仿真,發(fā)現(xiàn)：RCWA和FDTD兩種方法得到的一階諧振點(diǎn)與法布里-珀羅理論模型(Fabry-Perot, F-P)結(jié)果一致,證明兩種方法的正確性和可靠性；增大石墨烯化學(xué)勢(shì),傳感器諧振峰向波長(zhǎng)較小方向移動(dòng),出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象,增大基底折射率、周期、占空比,其諧振峰向波長(zhǎng)較大方向偏移,出現(xiàn)紅移現(xiàn)象；在諧振峰之外,存在著較寬的透射帶寬,可用做傳感器實(shí)現(xiàn)分子的檢測(cè)識(shí)別；模型結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈活可調(diào)特性方便該傳感器在工程實(shí)際應(yīng)用中靈活調(diào)節(jié)透射帶寬,實(shí)現(xiàn)傳感器工作波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),達(dá)到一個(gè)傳感器多用的目的,減少投入成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。以乙酸酐、甲醇、苯、甲苯為例作為待測(cè)分子加入待測(cè)區(qū)域,我們發(fā)現(xiàn)傳感器透射譜與分子振動(dòng)吸收譜變化一致,分子吸收越強(qiáng),其透射系數(shù)越小,表明石墨烯光柵傳感器能夠直觀的檢測(cè)識(shí)別待測(cè)分子,對(duì)一維石墨烯光柵傳感器而言,與未加入檢測(cè)分子相比,樣品厚度為1μm時(shí),仿真結(jié)果表明,乙酸酐、甲醇、苯、甲苯透射系數(shù)分別減小了79%、56%、51%、41%；同時(shí),我們還仿真了待測(cè)樣品厚度對(duì)透射譜的影響,結(jié)果表明,待測(cè)樣品厚度對(duì)透射譜的形狀幾乎沒(méi)有影響,透射譜對(duì)待測(cè)樣品的厚度不敏感,傳感器的魯棒性好；此外,我們研究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)乙酸酐分子檢測(cè)的影響,結(jié)果表明,不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合可實(shí)現(xiàn)對(duì)乙酸酐的檢測(cè),再次證明了該傳感器具有靈活可調(diào)的特性,這為實(shí)際應(yīng)用中合理調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同波段范圍的分子檢測(cè)識(shí)別提供了可能。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 光柵 傳感器 透射譜 分子振動(dòng)譜
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O613.71;TP212
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-13
• 1.1 選題背景8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 本文的主要工作和內(nèi)容安排10-12
• 1.3.1 本文的主要工作11
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)和內(nèi)容安排11-12
• 1.4 本文的創(chuàng)新點(diǎn)12-13
• 第二章 石墨烯及光柵分析方法簡(jiǎn)介13-24
• 2.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)歷程13-14
• 2.2 石墨烯的性質(zhì)14-16
• 2.3 石墨烯電學(xué)模型16-18
• 2.4 光柵結(jié)構(gòu)的分析方法18-23
• 2.4.1 光柵簡(jiǎn)介18
• 2.4.2 嚴(yán)格耦合波分析方法(Rigorous coupled-wave analysis,RCWA)18-20
• 2.4.3 時(shí)域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)20-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第三章 一維石墨烯光柵分子譜傳感器24-38
• 3.1 一維石墨烯光柵傳感器模型24-25
• 3.2 化學(xué)勢(shì)對(duì)諧振峰的影響25-27
• 3.3 周期對(duì)諧振峰的影響27-28
• 3.4 基底對(duì)諧振峰的影響28-30
• 3.5 占空比對(duì)諧振峰的影響30-31
• 3.6 對(duì)幾種分子的檢測(cè)識(shí)別31-34
• 3.7 待測(cè)樣品厚度對(duì)透射譜的影響34-35
• 3.8 傳感器的靈活可調(diào)特性35-36
• 3.9 本章小結(jié)36-38
• 第四章 二維石墨烯光柵分子譜傳感器38-49
• 4.1 二維石墨烯光柵分子譜傳感器模型38
• 4.2 化學(xué)勢(shì)對(duì)諧振峰的影響38-40
• 4.3 周期對(duì)諧振峰的影響40-41
• 4.4 基底折射率對(duì)諧振峰的影響41-42
• 4.5 占空比對(duì)諧振峰的影響42-44
• 4.6 對(duì)幾種分子的檢測(cè)和識(shí)別44-45
• 4.7 待測(cè)樣品厚度對(duì)透射譜的影響45-46
• 4.8 傳感器的靈活可調(diào)特性46-47
• 4.9 本章小結(jié)47-49
• 第五章 總結(jié)與展望49-51
• 5.1 總結(jié)49-50
• 5.2 下一步工作建議50-51
• 參考文獻(xiàn)51-56
• 攻讀碩士期間完成的科研成果56-57
• 致謝57

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開(kāi)發(fā)出在藍(lán)寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報(bào);2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代物理知識(shí);2009年04期

6 傅強(qiáng);包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬(wàn)勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢(qián)文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂(lè);;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國(guó)顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王冕;錢(qián)林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國(guó)青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無(wú)機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來(lái)應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過(guò)黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛(ài)玲;石墨烯：市場(chǎng)未啟 炒作先行[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競(jìng);再說(shuō)石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

7 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

8 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

9 劉明凱;帶狀石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

10 劉勇;智能化及摻雜改性石墨烯的研究及應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：947214