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用于集成光子气体传感器的石墨烯基红外发射器
出处:石墨烯网  录入日期:2024-07-08  点击数:100

  AMO GmbH、KTH 皇家理工学院、Senseair AB 和德国联邦国防军大学的研究人员利用石墨烯作为活性材料,成功开发出一种波导集成白炽灯热中红外发射器。 这种创新方法大大提高了气体传感器系统的效率、紧凑性和可靠性,为其在各行各业的广泛应用铺平了道路。


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  气体泄漏检测、工业过程控制、环境监测和医疗诊断等应用都需要稳健、实时的空气质量监测解决方案,从而推动了对分布式、网络化和紧凑型气体传感器的需求。 传统的气体传感方法,包括催化珠和半导体金属氧化物传感器,由于依赖化学反应,存在性能下降、需要频繁校准和传感器寿命有限等问题。
  吸收光谱法利用中红外(mid-IR)区域几种气体(包括温室气体)的基本吸收线,提供了一种很有前途的替代方法。 这种方法具有特异性高、漂移小、长期稳定等特点,而且无需对传感器进行化学改动。 通过特征吸收波长(如 4.2 μm 处的二氧化碳 (CO2))对气体进行 “指纹识别 “的能力,使其成为精确检测气体的理想技术。
  光子集成电路 (PIC) 是光谱设备微型化到芯片尺寸的一大进步,从而产生了高度紧凑和具有成本效益的光学气体传感器系统。 然而,在晶圆上直接集成光源和探测器仍然是一项挑战。
  石墨烯能够达到热发射所需的温度,并具有良好的发射率,因此已成为中红外发射器的理想候选材料。 石墨烯的单层结构可实现理想的近场耦合,而不会明显扭曲导波模式,因此非常适合与硅光子波导集成。
  在这项研究中,Nour Negm 及其同事将石墨烯发射器直接集成在硅光子波导上,实现了与波导模式的直接耦合。 这一装置成功检测到了 3 至 5 μm 光谱范围内的辐射,证明了石墨烯基发射器在空气质量监测方面的潜力。
  这一成果标志着在开发高效、紧凑、可靠的气体传感器系统方面迈出了重要一步。 这项工作是在欧盟项目 “Ulisses “和 “Aeolus “的框架内进行的,其目的是在城市地区的各种应用中开发更强的实时空气质量监测能力。

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