Highlighted Research
超窄线宽的钯纳米棒-光纤微腔系统用于高灵敏氢气检测
发布时间:2015-12-12

近年来新能源和可再生环保能源的发展中,氢能源由于其燃烧零碳无污染,被认为最清洁的能源。但氢气无色、无味、易燃易爆的特点促使科研人员找到一种合理有效的检测方法,以保障其能够安全的应用于工业和生活中。相比于块体材料,尺寸更小、体表面积比更大的纳米材料,被广泛地应用在各种物理、化学、生物传感和探测等领域。由于其能够将光场能量约束在远小于光波长的空间范围内和表面能量增强效应等特性,表面等离激元可在纳米尺度上实现光与物质相互作用。而金属钯对氢气有着较高的溶解性、及选择性,常被作为敏感材料用于氢气的感检测。但单个钯纳米颗粒在可见及近红外波段的表面等离激元共振峰的半宽很宽(超过200nm),很难分辨出光谱对氢气的峰值移动变化。

最近,上海理工大学谷付星副教授及曾和平教授等在钯纳米颗粒对氢气检测灵敏度的研究方面取得了重要进展。该研究成果以标题 “Free-space coupling of nanoantennas and whispering-gallery microcavities with narrowed linewidth and enhanced sensitivity.” 发表在《Laser & Photonics Reviews》【9, 682−688 (2015).】上。同时该论文被同期出版的该期刊作为back cover予以亮点报道。

研究人员通过火焰加热法拉制出的氧化硅微光纤,然后将单个钯纳米棒放置在微光纤表面制备出复合型的whispering-gallery腔。用自由空间光照射时,钯纳米天线捕获光并将能量耦合入光纤微腔内部,这样使得符合该系统的共振波长得以变窄。在可见光622.7nm处获得半宽3.2nm的窄带光谱,这是迄今为止,国际上关于钯纳米颗粒报道中的最窄半宽光谱。通过改变微纳光纤直径,研究发现倏逝波的比例成分起很多影响,并显著窄化散射光谱。利用获得的超窄共振峰,可以很明显的分辨钯纳米棒对氢气的反应,大大提高了探测灵敏度。同时该腔型系统结构简单,成本低廉,可以广泛应用与传感、激光以及非线性光学等领域。 

相关论文:Fuxing Gu*, Li Zhang, Yingbin Zhu*, and Heping Zeng*, “Free-space coupling of nanoantennas and whispering-gallery microcavities with narrowed linewidth and enhanced sensitivity.” Laser Photon.Rev.9, 682 (2015).


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