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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 基于二元吸附的等离子体传感器时间响应：解析模型与数值模型的对比

    摘要： 为建立复杂体系的多尺度模型，我们重点研究二元吸附的多种建模方法。针对通用等离子体传感器的时序响应，我们考察了多种建模途径：从解析法入手，分别将吸附/脱附动力学建模为一级反应和二级反应，明确了双组分吸附条件下两类模型的适用性判据及选择依据。鉴于二级反应的非线性特性及其解析解缺失问题，后续采用多种计算机辅助建模方法——包括数值求解器应用、实验数据拟合、随机模拟算法以及人工神经网络(ANN)技术，并通过实例对比各方法的优缺点。本研究旨在助力基于吸附器件的协同多尺度建模。其中ANN机器学习用于预测吸附平衡量，结果表明：在训练吸附平衡量预测ANN时，Levenberg-Marquardt算法与贝叶斯正则化算法的效率均低于拟牛顿BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)算法。

    关键词： 动力学、随机模拟算法、吸附、机器学习算法、等离子体传感

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 基于等离子体结构的可逆且可调谐光化学开关

    摘要： 吡喃氢（8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐，HPTS）首次被研究用于实现活性等离子体控制，其独特的物理光化学性质备受关注。我们利用这种光酸（HPTS）作为可通过光学调控的活性介质来调制等离子体共振。本文报道了在紫外光照射下制备涂覆HPTS薄膜的二维等离子体光栅。通过开关紫外光源，HPTS薄膜维持激发态质子转移（ESPT）过程并产生绿色荧光，由此引发折射率变化导致的等离子体红移现象。此外，这种光化学活性介质在等离子体传感领域也发挥重要作用——实验证明二维等离子体光栅中HPTS薄膜在光激发状态下对水蒸气具有基于发射的响应特性（适用于s偏振和p偏振）。这种可调谐、灵活且可逆的光驱动系统将推动活性等离子体结构的发展，并对生化光学传感器、全光等离子体电路等诸多领域产生深远影响。

    关键词： 光化学开关、紫外照射、等离子体传感、等离子体结构、HPTS（8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐）

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 用于等离子体传感的金-氧化铝薄膜

    摘要： 本工作报告了由嵌入Al2O3基体中的金纳米颗粒组成的纳米等离子体薄膜的开发。通过磁控溅射沉积Au-Al2O3薄膜后，进行热处理（空气环境）以促进金纳米颗粒生长。通过改变铝靶侵蚀区放置的金丸数量，使薄膜中金浓度从8.9 at.%变化至20.7 at.%。热处理后Al2O3基体基本保持化学计量比和非晶态，当退火温度从400°C升至700°C时，观察到金纳米颗粒逐渐结晶。不过非晶基体将金纳米颗粒尺寸限制在20 nm以内。此外，采用氩等离子体处理可去除表层，增加薄膜表面部分暴露的金纳米颗粒密度。针对局部表面等离子体共振传感器应用，采用两种介电（液体）环境测试薄膜，显示其在不同H2O/DMSO循环下响应一致，但灵敏度较低（几nm/RIU）。文中还讨论了提升该薄膜系统灵敏度的其他策略。

    关键词： 局域表面等离子体共振、氧化铝基体、金纳米粒子、等离子体传感、薄膜、磁控溅射

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 等离子体氢传感器灵敏度优化的设计原则

    摘要： 钯纳米粒子因其介电函数随氢气浓度变化而成为氢气光学检测的绝佳材料。要开发可靠、低成本且适用性广的氢气探测器，需要简单的光学读出机制并优化最低可检测氢气浓度。由悬浮于金属镜层上方的等离子体钯纳米天线层构成的"完美吸收体"结构，是实现此类传感器的有效途径。钯吸氢会导致等离子体共振峰位移，从而改变远场反射光谱。该光谱变化可通过光谱测量详细分析，而特定波长的反射率变化则能通过光电二极管与单色光源组成的简易光度系统检测。本研究系统探究了腔耦合钯纳米结构的几何参数及光学系统设计原理，由此建立了一套优化氢气灵敏度的设计准则。基于这些原则，我们实现了低至100ppm氢气浓度的稳定检测。本研究成果不仅适用于氢气传感，亦可推广至各类等离子体传感器。

    关键词： 氢气检测、钯、定制无序、等离子体传感、微光谱学、超表面、完美吸收器、傅里叶平面光谱学

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 用于体相和局部折射率传感的混合介电-等离子体纳米复合阵列

    摘要： 基于等离子体的生物传感器常受限于焦耳热形式的材料损耗，而全介质纳米粒子体系的局部电场增强效应相对较弱。为实现高效传感，需要兼具高灵敏度与低损耗的系统。本研究通过数值模拟证明，混合介质-等离子体体系在折射率传感应用中具有独特优势：该混合系统的光学共振峰具有更窄的线宽且峰值波长可调谐，既能实现体相折射率传感也能进行局部检测。凭借300 nm/RIU的高灵敏度及10的品质因数(FOM)，这种混合光子-等离子体体系有望成为未来生物传感应用的理想材料。

    关键词： 介电纳米粒子阵列，混合纳米复合材料，等离子体传感

    更新于2025-09-12 10:27:22