李醒龙 赵浩宇 武文杰 蒋卫峰 郑加金2)† 张祖兴2) 余柯涵2)‡ 韦玮2)

1) (南京邮电大学电子与光学工程学院,南京 210023)

2) (江苏省特种光纤材料与器件制备及应用工程研究中心,南京 210023)

设计了一种氧化石墨烯(GO)功能化的倾斜光纤光栅(TFBG)传感器,用于检测水溶液中的重金属离子.通过氧等离子体活化光纤表面,以及采用GO 的无水乙醇分散液,避免了咖啡环效应引起的GO 的团聚和堆叠,充分了暴露GO 的表面和羧基.吸附重金属离子后,GO-TFBG 传感器的透射光谱中的谐振峰发生红移,这是由GO 向重金属离子的电子转移导致的有效折射率变化造成的.对Pb2+和Cd2+离子最低检测限可达到10—10 mol/L (ng/L 量级),相应灵敏度分别为0.426 dB/(nmol·L—1)和0.385 dB/(nmol·L—1)(2.06 和3.43 dB/(μg·L—1)).此外,GO-TFBG 传感器具有出色的器件一致性,5 组传感器的传感性能稳定.本研究实现了GO 纳米片在光纤表面的无团聚和均匀成膜,获得了具有超大表面积的GO 并充分暴露表面羧基实现对重金属离子的吸附,利用了TFBG 不同模式谐振对环境的高度敏感性,完成了对低浓度重金属离子的高灵敏度、可重复检测.本研究为提高各种类型的基于二维材料的传感器性能提供了参考.

1 引言

工业生产排放的重金属离子严重威胁环境和人类健康.铅、镉、汞等重金属离子及其化合物均被我国列入有毒有害污染物名录.因此,需要一种高灵敏度、低检测限和高响应速度的传感器,对水源中的重金属离子进行实时、原位的检测.已有多种技术用于污染物种类和浓度的检测,包括能够实……