本文關(guān)鍵詞：石墨烯光柵傳感器的設(shè)計與應用

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【摘要】：分子振動譜是傳感識別物質(zhì)性質(zhì)和特征的重要指紋,廣泛應用于化合物分子結(jié)構(gòu)的測定、未知物的鑒定以及混合物成分分析。本文首先設(shè)計了基于石墨烯光柵的一維、二維傳感器模型,并運用分析光柵的兩種常用方法：嚴格的耦合波分析(Rigorous coupled-wave analysis,RCWA)和時域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)對一維、二維石墨烯光柵進行數(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；增大石墨烯化學勢,傳感器諧振峰向波長較小方向移動,出現(xiàn)藍移現(xiàn)象,增大基底折射率、周期、占空比,其諧振峰向波長較大方向偏移,出現(xiàn)紅移現(xiàn)象；在諧振峰之外,存在著較寬的透射帶寬,可用做傳感器實現(xiàn)分子的檢測識別；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際應用中靈活調(diào)節(jié)透射帶寬,實現(xiàn)傳感器工作波長的動態(tài)調(diào)節(jié),達到一個傳感器多用的目的,減少投入成本,提高經(jīng)濟效益,實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。以乙酸酐、甲醇、苯、甲苯為例作為待測分子加入待測區(qū)域,我們發(fā)現(xiàn)傳感器透射譜與分子振動吸收譜變化一致,分子吸收越強,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識別待測分子,對一維石墨烯光柵傳感器而言,與未加入檢測分子相比,樣品厚度為1μm時,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,我們還仿真了待測樣品厚度對透射譜的影響,結(jié)果表明,待測樣品厚度對透射譜的形狀幾乎沒有影響,透射譜對待測樣品的厚度不敏感,傳感器的魯棒性好；此外,我們研究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對乙酸酐分子檢測的影響,結(jié)果表明,不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合可實現(xiàn)對乙酸酐的檢測,再次證明了該傳感器具有靈活可調(diào)的特性,這為實際應用中合理調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)實現(xiàn)不同波段范圍的分子檢測識別提供了可能。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 光柵 傳感器 透射譜 分子振動譜
【學位授予單位】：云南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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12-13
• 第二章 石墨烯及光柵分析方法簡介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 光柵簡介18
• 2.4.2 嚴格耦合波分析方法(Rigorous coupled-wave analysis,RCWA)18-20
• 2.4.3 時域有限差分法(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 化學勢對諧振峰的影響25-27
• 3.3 周期對諧振峰的影響27-28
• 3.4 基底對諧振峰的影響28-30
• 3.5 占空比對諧振峰的影響30-31
• 3.6 對幾種分子的檢測識別31-34
• 3.7 待測樣品厚度對透射譜的影響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 化學勢對諧振峰的影響38-40
• 4.3 周期對諧振峰的影響40-41
• 4.4 基底折射率對諧振峰的影響41-42
• 4.5 占空比對諧振峰的影響42-44
• 4.6 對幾種分子的檢測和識別44-45
• 4.7 待測樣品厚度對透射譜的影響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51-56
• 攻讀碩士期間完成的科研成果56-57
• 致謝57

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本文編號：947214