文摘
使用纳米粒子(NPs)在科学应用已经引起了许多研究者的注意在过去的几年里。NPs的使用可以帮助研究人员调整传感涂层的物理特性(厚度、粗糙度、特定区域、折射率等)导致增强传感器的响应时间或灵敏度优于传统传感涂层。此外,NPs也提供其他特殊属性,取决于他们的毫微米,这也是一种新的传感应用。本文着重于研究现状NPs在涂料的使用光纤传感。简要描述光纤中最常用的传感原理,分为几个组:absorbance-based传感器、干涉型传感器、荧光技术传感器、光纤光栅传感器、和resonance-based传感器等等。对于每个传感器组,具体的例子的NP-embedded涂料的利用率报告传感结构。
1。介绍
过去几十年,光纤传感器有尝试在传感技术领域一个重要的增长和相关性。最近,许多应用程序开发监测或检测各种参数在不同领域如生物医学、航空、环境控制等行业。科学界的兴趣在光纤传感器是出于他们已经众所周知的优势,作为免疫电磁干扰、遥感、小尺寸、低体重、生物相容性、实时监控、或多路复用功能(1,2]。
目前,光纤传感器领域增加了在其研究线路和可能性使用nanocoating沉积技术。纳米薄膜和nanocoatings已经应用于各种光纤配置新的传感器的制造。由于这些组合,研制了许多设备获得多个参数的检测和监测等多种气体(3,4],pH值[5)、温度(6)、湿度(7,8],离子[9),和生物分子10,11]。
最新的步骤之一在寻找改进的新型传感器内的纳米颗粒(NPs)涂料。在多样化的新研究,它已经表明,选择NP-embedded涂料增强前设备的一些参数,例如,敏感性[12,13),动态范围、健壮性和寿命。一方面,这些改进是由于这一事实NPs在涂料可以提供额外的特殊属性(中孔隙、高粗糙度、抗菌行为,等等)。因此,更高的表面积在敏感地区允许达到下限检测(LoD)若。另一方面,某些NPs导致不同现象的内在属性,例如,局部表面等离子体共振(LSPR)或量子约束。
在下面几节中,最常用的传感原理和光纤配置将被描述,然后他们结合多样化NP-embedded涂料也将呈现。本文中所述的光纤传感器分为几组根据他们的检测方法。灰度传感器、干涉型传感器、荧光技术传感器、光纤光栅传感器、和resonance-based传感器是最典型的。
2。强度和Absorbance-Based传感器
2.1。介绍
灰度光纤传感器自70年代以来已报告文学及其发展已广泛应用到这些天。一般来说,这种传感器的基本现象是光transmission-absorption材料。吸光度是基于光的衰减由于材料光制导的特点。敏感材料的吸光度变化存在一个特定的参数或分析物,因此可以观察到变化对引导光线。所描述的吸收机制Lambert-Beer法律,通过分析物光的透射,材料,或敏感区域(,称为透射率)代表之前的光强度之间的关系((后),)通过这个敏感地区,表达了以下方程: 在哪里交互的长度是在吸收区域(光程)和内吗是吸收系数可以表示为摩尔吸光系数的乘积()和浓度()的目标。这种透光率术语也可以转移到吸光度计算,这样 吸光度(级)是常用的光纤传感器。
敏感材料的结合光纤传感器可以通过将它们嵌入到涂层或薄膜。传播的光通过光纤提供了两个贡献:引导领域核心的隐失场中围绕这个核心。这个隐失场是不可以修改的标准包芯纤维,因此是不相关的传感。因此,外部介质不能与引导光线通过核心交互,在包层和损耗的贡献。然而,包层是故意被敏感涂料时,可能会有一个重要的外部介质之间的相互作用和引导光线的隐失场。选择的涂层材料的光学性质决定改变这种evanescent-field交互。在许多情况下,光学配置是发达与隐失场放大这种交互通过移除覆盖层,弯曲,或逐渐减少纤维,如图1,从而提高灵敏度的变化外部媒体。
(一)
(b)
(c)
2.2。Cladding-Removed光纤传感器
Cladding-removed光纤(CROF)是一个最简单的结构用于光纤传感(如图1(一))。一小段距离的包层光纤被移除,然后取而代之的是所选的纳米涂层的沉积与周围的环境相互作用。这涂层作为敏感地区,因此深入研究其组成和制造参数以提高灵敏度或其他可取的感应值。薄膜制造技术,如分层技术(LbL)大会,水,溶胶-凝胶法,或者旋转涂布用于创建这些涂料,在某些情况下NPs嵌入。
在过去的二十年里许多CROF建立方法已经开发出来。然而,发表评论,NPs在涂料的使用直到最近几年才被报道。
CROF传感器与NP-based涂料已报告在几个工作,检测湿度(14,15)、乙醇(16),氨(17),甲醇(18),和其他气体(19,20.]。例如,Kodaira et al。20.与SiO)涂层光纤2NPs和聚(diallyldimethyl氯化铵)来创建由LbL介孔覆盖。合成涂层形貌允许分配功能化合物对不同气体检测。另一个相关的方法是由Mariammal et al。16),使用SnO2和措:SnO2NPs乙醇检测。措的使用:SnO2NPs基础涂料提出了3倍的增强灵敏度对之前报道基于纯粹的SnO传感器2NPs。
2.3。弯曲光纤传感器
弯曲光纤传感器可以被视为一种特殊情况下的CROF传感器,当提交修改后的片段的纤维弯曲(见图1 (b))。有时,这些设备也报告为u型光纤传感器(21]。故意弯曲效应提供了更高的透射光损失,大大增加了evanescent-field深度(8,22]。Khijwania等人提出的敏感性显著增强一个U-probe相比,直探头由于大隐失场和吸收系数(8]。包含在这个分类,有不同的设备这对湿度敏感涂料没有NPs (8,23,24pH值]或[25]。然而使用涂料NPs在最近出现。因此,郭和道报道氨气传感装置(26)基于Ag NPs在硅涂料的理论极限检测(LoD)的61。Vijayan等人开发的光纤湿度传感器基于公司NPs-embedded聚苯胺涂层(27]。他们的传感器显示8秒的快速响应动态范围广泛的20 - 95%的相对湿度。提出另一个湿度设备采用NPs Shukla et al。28使用溶胶-凝胶技术)。u形纤维也被涂上了非盟NPs开发resonance-based传感器(29日,30.),因为它将部分中描述6。
2.4。锥形光纤传感器和其他特殊光纤传感器
公开的另一个战略隐失场外部敏感涂层纤维逐渐减少。这种技术修改光纤几何和结构(见图1 (c))因此获得一个增量的光的相互作用与敏感的地区,因此提供更高的隐失场的大小的变化。腰部的长度和直径的锥度,折射率和其他纤维参数分析艾哈迈德和Hench使用射线模型。这些因素的影响的穿透深度研究了隐失场(31日]。他们得出的结论是,最长的蜡烛提供了最大的隐失场和穿透深度可以增强三倍一个方便的腰直径根据原纤维直径,根据其他研究[32,33]。
最近,锥形光纤传感器与Ag NPs-based涂料已经开发了氨气传感(34),乙醇浓度(35),和细菌检测(36]。这种类型的设备的另一个例子是Monzon-Hernandez等人提出的氢传感用PaAu NPs (37]。
多样化的特殊纤维的结合NPs-embedded涂料也报道。这样的例子与菲中空心纤维等3O4NPs用于磁场传感和滤光片(38),与TiO的纤维2NPs (39),或光子晶体光纤(pcf)与非盟结NPs (40)和铁3O4NPs (41)温度传感。D-fibers也被涂上硅NPs涂料开发其他传感方法(42]。pcf和微结构光纤(mof)最近与金属用于开发新的传感器基于metal-enhanced NPs荧光(MEF)或表面增强喇曼散射(ser)(报告部分4和5、职责)。
3所示。Interferometric-Based传感器
3.1。介绍
光纤干涉仪已经广泛应用于光纤传感器的发展。它们可以主要分为四种类型:法布里-珀罗,马赫曾德耳,迈克耳逊,萨尼亚克(43]。他们的传感原理,然后每种类型的传感器与NP-embedded涂料的一些例子将在下面描述。
3.2。法布里-珀罗干涉仪
法布里-珀罗干涉仪的制造(FPI)光纤提供了不同的传感结构。有许多作品,使用最简单的FP配置:两个垂直地之间的气隙裂解光纤(44,45]。这个基本结构的修改涉及的制造聚合物nanocavity到裂解光纤的端面。这些FPI nanocavities基于纳米涂料一般由LbL技术手段在过去的十年里46,47]。因此,获得光学系统是由三种不同材料的折射率:光纤(),nanocavity (),和周围介质()。透射光穿过结构时,两个媒体接口(fiber-coating和coating-air)作为部分的镜子,在光功率传输的一部分,另一部分是反映(见图2)。反射功率取决于国际扶轮的三个材料和nanocoating厚度(空腔长度)。
这种反射现象已被用于传感应用。其中一些表现包括NPs在薄膜法布里-珀罗腔。例如,使用硅NPs在FPI湿度传感器为基础48,49]。此外,基于FPI传感器与嵌入式盟NPs或TiO2NPs发表生物应用,如兔免疫球蛋白检测(50),甚至作为折射率的精确量测折射法(RI)监测51]。另一个例子是基于碳纳米管纳米复合材料的水覆盖检测挥发性有机化合物(挥发性),报道Consales et al。52]。此外,殷等人提出了一种新颖的pH传感器的nanocavity组成的聚合物覆盖结合复杂NPs (53]。在另一份报告,Ag NPs被分配在沸石薄膜检测汞2 +阳离子在水溶液54]。
3.3。马赫曾德耳干涉仪
提供的多个配置马赫曾德耳(MZ)干涉仪导致了各种各样的传感应用。在他们开始,这些类型的干涉仪是由两个独立的光路径或武器:感应路径和参考路径。光进入设备和光纤耦合器分为两束。然后,光通过两个路径到达另一个光纤耦合器,lightbeams在哪里团聚,创建两个贡献干扰。传统的MZ结构按比例缩小,因为它应用于光纤设备。在图3MZ配置所示,不同的方法。
(一)
(b)
(c)
自从引入光纤光栅在传感、许多传感器执行了包括他们在MZ配置(55,56),如图3(一个)。部分将详细介绍6,光栅的周期扰动产生一些核心模式的耦合cladding-propagating模式,从而获得两个虚拟路径传播的光在一个单一的光纤。重组光贡献,第二个光栅是放在第一个,获得理想的干扰。光纤光栅的传感机理中描述光纤光栅传感器。基于此配置的一个实验工作提出的詹姆斯et al。(57嵌入式SiO],涂层两个长周期光栅2NPs在LbL聚合物薄膜。在这项研究中,系统环境扰动的反应调查,测量温度和RI的变化以及检测氨浓度。
关于剩下的MZ配置,有一些相关的适用于不同的应用程序。例如,李et al。58)提出了一个基于MZ传感器使用ultra-abrupt锥形纤维检测N2,改善国际扶轮敏感性对传统MZ干涉仪。在另一个方法中,罗等人报道的理论和实验研究多模干扰由单一mode-multimode-single模式纤维结构,获得灵敏度增强控制薄膜的厚度(59]。然而直到现在,在FPI的情况下,使用基于MZ NPs的方法不是很常见。
3.4。迈克耳逊干涉仪
另一个有趣的类型的干涉仪,被称为迈克尔逊干涉仪(MI)。其光学结构非常相似的MZ设备,但在这种情况下,光线反射在每个手臂的一面镜子。这种方法还可以开发在压实的配置中,通常被称为在线迈克尔逊干涉仪。在MZ干涉仪为例,液化石油气主要用于MI配置。有最新进展在MZ NP-embedded涂料对混凝土的应用程序。最相关的作品之一,是由Carrasquilla et al .,设计一个基于液化石油气MI干涉仪(60]。液化石油气被涂上一层非盟NPs禁锢在溶胶-凝胶法矩阵的创建一个固定的平台功能structure-switching DNA适体分子。
3.5。萨尼亚克干涉仪
萨尼亚克干涉仪存在一个有趣的替代其他传感结构,由于具有制造方便和简单的设置和鲁棒性。这些类型的光纤干涉仪由一个循环,以及哪些两束传播反方向用不同的偏振状态,提供所需的干扰。可以找到更详细描述的干涉仪的参考书目(61年]。萨尼亚克主要使用高双折射光纤或偏振干涉仪通常捏造维护(PM)纤维获得更高的灵敏度,尽管,最近,他们一直使用pcf开发或PM-PCFs,降低它们的温度依赖性。
萨尼亚克干涉仪设计NP-embedded涂料尚未报道。然而有一些进步的传感纤维与聚合物涂层。因此,湿度传感器基于壳聚糖(62年]或聚乙烯(酒精)63年位于聚酰亚胺[]或盐度传感装置64年)已经出版。
4所示。荧光技术的传感器
4.1。介绍
使用荧光光纤传感器的传感机制已经研究了几十年,因为两个主要原因。一方面荧光一直是微生物学等学科的日常生活工具,因此研究人员有丰富的曲目的不同荧光标签和染料和知识如何债券的其他目标分子。另一方面,荧光信号的光学性质是理想的收集和光纤等通过媒介传播。各种各样的荧光染料与光纤作为传输媒介的好处(低损失、宽带宽、多路复用,体积小,生物相容性,等等)几十年来一直鼓励为这一领域的研究。
虽然有很多在书目工作报告基于荧光光纤传感器(65年- - - - - -69年),不是全部描述纳米粒子存在的光学传感方法。大部分的传统方法对荧光光纤传感器描述常规荧光有机分子的使用体验他们的发射效率的变化将被分析物的存在。严格地说大部分都是灰度传感器,虽然可以找到其他方法如phase-fluorescence传感器(70年,71年]。然而领域有两种纳米粒子带来的显著改善材料的荧光性质,可以使用它在传感器领域,使用半导体量子点和荧光增强的环境中某些金属颗粒。的主要贡献和趋势在接下来的部分进行了总结。
4.2。基于量子点的传感器
是说在前面的介绍,荧光技术传感器的主要优点之一是,经过几十年的研究在微生物学等领域有一个巨大的多样性可用荧光团(72年,73年),还有著名的工具操纵这些分子,包括选择性地结合其他分子和结构。然而,传统的有机荧光团有些重要的缺点;通常他们显示短寿命和非常受限制的激发波长范围太近的荧光发射最大(小斯托克斯变化通常在10 - 20海里)。这两个限制是很重要的,当一个传感器被设计和实现,因为它们产生负面影响的敏感性和一生的传感器。量子点克服这些的关键限制有机荧光团。
荧光量子点(量子点)半导体材料的纳米颗粒的直径一般在3 - 8海里。这样的纳米半导体粒子诱发量子限制的现象。激动的电子空穴对的行为作为一个准粒子称为激子,这准粒子有一些物理维度相关玻尔半径取决于特定半导体材料的属性。当激子的大小受到潜在的障碍,能态密度分布(DOS)显著改变,改变从一个连续DOS散装材料的分布离散量子点DOS的典型(74年]。量子点最重要的优势之一是,他们吸收光谱非常广泛,仍然几乎不变的QD的大小减少,同时狭窄的荧光发射峰显示了明显的蓝移的量子限制增加量子点(小)。这吸光度和发射特性是非常有用的,因为它克服了问题的小传统有机荧光团的斯托克斯位移,并允许调整激发波长和强度,因此可以避免重叠的激发和发射光谱。
根据QD纳米颗粒的荧光发射的大小可以调整从近红外到蓝色区域的可见光谱。虽然有不同的方法来实现量子点量子约束,因此,半导体纳米粒子的wet-synthesis路线是最常用的方法。这样的湿化学方法可再生的和具有成本效益的,目前有几种合成路线可用使用有机溶剂或者甚至是水性的方法。硫族半导体量子点一般,他们中的大多数来自第六组:CdTe, CdSe,奈米,硫化锌,等等。量子点纳米颗粒的一个最重要的优势是,他们可以很容易地使用发育良好表面化学官能团,可以嵌入或连着一个各种各样的表面和矩阵(75年]。
有很多基于量子点发光传感应用。高量子产率使可能的应用,如单粒子跟踪使用荧光显微镜(76年),为细胞内的动力学研究非常有用。功能化量子点已经被成功地应用在细胞选择性识别技术在体外(77年),在活的有机体内(78年]。其他传感应用程序已报告基于量子点的胶态分散体选择性移植生物分子如蛋白质(79年,80年]甚至传感机制基于使用生物荧光信号的变化引发了福斯特共振能量转移(FRET)淬火(81年,82年]。光纤传感器使用量子点也被报道。高量子产率和小尺寸使他们适合嵌入到敏感薄膜在光学纤维。可以找到传输锥形纤维和涂料d样式或类似的方法使用锥形接头光纤反射安排(83年]。量子点的多功能性允许被纳入薄膜创建pcf的内孔内创建一个荧光光纤温度传感器(84年)(图4)。
4.3。使用金属纳米粒子荧光增强
有另一种现象,即荧光某些粒子的纳米结构的直接后果。这种现象被称为metal-enhanced荧光(MEF),它是由正常的辐射和非辐射的衰变速率的改变引起的金属纳米粒子的近距离。MEF现象是由奇异引起的局部电场集中在某些金属纳米颗粒的环境由于共振现象称为局部表面等离子体共振(LSPR)。LSPR的自由电子的集体振荡金属纳米颗粒由于其谐振耦合与入射光在特定波长。更详细的信息关于LSPR现象的性质和应用程序可以在参考文献[85年]。LSPR吸收峰金属纳米颗粒被广泛应用于光纤传感器的发展(15,86年]。
金属纳米粒子周围的电场在中改变,正如图所示5当两个纳米颗粒非常接近一个到另一个,一个戏剧性的提高当地的电场是纳米颗粒的差距造成的。如果一个荧光团分子放置在这个地区其排放性能显著增强荧光团的激发和发射的修改。
探测,纳米粒子的荧光团的距离实现MEF表面是一个关键参数。荧光团是需要接近电浆纳米结构,自场增强近指数与金属表面的距离衰减。不过如果荧光团太接近NP(小于5海里)其荧光猝灭明显由于能源和/或非辐射的衰减通过电荷转移到金属。因此荧光团的距离应该控制在5到30 nm。
刘的小组报告基于MEF DNA-detecting平台,使用Ag NPs PDDA / PSS LbL电影,和共轭聚合电解质87年,88年]。但聚合电解质也可以发挥重要作用的发展光学传感器到MEF可以被操纵的原位通过外界刺激如pH值和温度变化。基于这一概念,pH敏感聚(丙烯酸)/ PDDA改变厚度的垫片层/ Ag NPs与电离程度已报告,因此MEF改变(89年]。
它也表明,锋利的金属纳米粒子的形状和边缘产生更强烈的电磁场浓度,故MEF率较高。因此nonspherical纳米粒子常用的基于MEF光学传感器的发展。例如,金纳米棒已经成功地用于创建葡萄糖传感器(90年在其他应用程序。Gabudean等人甚至表明,金纳米棒可以用作双探针MEF和表面增强拉曼光谱(ser) [91年)(图6)。ser传感机理和应用程序将在以下段落评论。
(一)
(b)
5。表面增强拉曼光谱(ser)
传感器设备设计分析物的定量识别但有其他应用程序中分析物的定性描述至关重要,如在分子识别。在这样的应用程序有几个可用的分析技术(高压液相色谱(HPLC)和其它色谱技术),以帮助确定样品中化学物质的组成。不过有技术,提供的信息结构、化学键,或存在某些官能团和半个它们基于自然的激发分子的振动频率。最常用的是傅里叶变换红外(FTIR)和拉曼光谱。事实上拉曼光谱尤其有用,因为它可以区分通常非常相似的结构,但它需要强大的激光和长时间采集疲软的拉曼散射信号。
是已发表评论电场浓度附近的金属纳米粒子通过LSPR耦合允许两个不同的增强现象的幽灵,MEF和爵士。因此当LSPR感应电磁场集中发生在金属纳米粒子,分子表面附近的实验一个增强的拉曼散射截面,使更有效的激发。增强了8个数量级的喇曼散射发射通常观察到金属纳米粒子周围的分子(92年]。
第一个方法使用非常粗糙的金属基板通过几个氧化还原周期表面的金属,但电场浓度点随机分布在整个表面,这使得困难ser作为工具的使用化学物种的定量测定。
更复杂的结构如所谓Nanosphere光刻(NSL)技术或金属薄膜在Nanosphere (MFON)已经成功地用于制造金属结构,使电磁场浓度使ser现象(图7)。这两种技术已被广泛使用,但他们两人已经使用在平面基板,而不是在光纤的几何要复杂得多。
(一)
(b)
尽管大多数应用程序集中在平面基板上的芯片实验室(LOC)应用程序(95年,96年),光纤的方法也已报道使用纳米颗粒装饰锥形光纤(94年,97年- - - - - -One hundred.]。另一个例子中可以找到(94年),据报道,银nanoplates沉积在锥形光纤的表面LbL技术(图8)。
(一)
(b)
6。光纤光栅传感器
6.1。介绍
光纤光栅光纤存在一个周期扰动的光学性质,即核心折射率。自80年代以来十年光纤光栅造成了许多设备多样化的应用程序的发展研究领域,如通信、仪器仪表、传感。有几种技术来制作光纤光栅基于紫外激光(101年)有限公司2(102年)、红外(103年)激光或电弧104年]。可以找到两种主要的光纤光栅,光纤布拉格光栅(fbg)和长周期光栅(液化石油气)。液化石油气具有长周期扰动,范围从100至1000嗯嗯。在光纤光栅的情况下,扰动短于液化石油气(几十微米)。这时期的差异导致不同的光学现象产生不同的光谱行为当白光通过光栅引导。在液化石油气,某些nonpropagating核心模式中可见波长的透射谱之间存在耦合的核心和copropagating包层模式,然而,在光纤光栅,传播和counterpropagating核心模式之间的耦合。每个衰减频带的频谱是一种光学共振的结果指导光和光栅结构,所以它是频繁的共振波长是指传输最小值。
一方面,布拉格光纤光栅的谐振波长遵守状况描述为(105年]
关于光纤光栅的更多细节可以在相关工作报告的希尔和Meltz [105年),一种粗绒布等。106年埃尔多安]或[107年]。
另一方面,对液化石油气的共振条件(108年] 在哪里共振波长,和是核心和包层的有效折射率,分别和代表了光栅周期沿纤维轴(见图9)。液化石油气理论和它的一些光学遥感应用在文献[109年,110年]。
光纤光栅和液化石油气已广泛用于光纤传感器的制造设备和传感器网络。以下部分描述和简要列举几个研究工作基于光纤光栅和液化石油气。此外,最近的一些应用程序使用NPs涂料作为敏感区域内到这些纤维。
6.2。光纤光栅倾斜光纤光栅传感器和NP-Embedded涂料
光纤光栅传感器已被广泛报道在文学在过去的25年里无数的物理参数的监测,包括振动(111年,应变112年)、弯曲、温度(113年)和压力(114年]。
一个重要的特定类型的光纤光栅是倾斜光纤光栅(TFBGs),在他们的光栅的转变角度对纤维轴(115年]。TFBGs基于传感器也被开发来测量应变和温度(116年,117年)、振动(118年,弯曲119年],扭转[120年),外部折射率(121年),或湿度122年)等参数。
所有的光纤光栅传感器在前面的两个段落不存在NPs涂料,甚至在某些情况下,他们没有任何涂层作为敏感地区。适用于涂覆光纤光栅传感器也被报道最近用金纳米薄膜(123年)若和氧化锌薄膜(124年增强国际扶轮的敏感性。因此,帕拉迪诺et al。125年]研究了涂层的厚度的影响,国际扶轮TFBG传感器。像其他光纤传感器结构,使用NPs到光纤传感应用程序非常近,就在过去的几年里,当大多数应用的报道。在特定的光纤光栅传感器的情况下,很少有作品添加NPs或纳米复合材料。例如,利皮奈等人介绍了黄金NPs基于TFBGs[创建新颖的生物传感器12]。非盟NPs被涂布到TFBG,从而提供一个增强传感平台对蛋白质检测。另一个工作,提出了一种小说折射计灵敏度的改善报告由Bialiayeu et al。126年],TFBG镀上了一层银纳米线,获得3.5倍增加敏感性对裸TFBG。
6.3。没有NPs涂液化石油气和液化石油气传感器
在光纤光栅中,固有的液化石油气结构也允许传感器对温度的发展,弯曲,压力,或外部RI取决于他们制造设置(63年]。对某一被测变量的敏感性取决于液化石油气的周期和包层模式的顺序引导光功率耦合,从而为每个衰减带是不同的。这些特点使它们用于传感的吸引力。
Cusano等人从理论和实验上研究液化石油气的包层模式结构的影响时,这是涂有纳米级覆盖(127年]。外部RI的变化和涂层的厚度进行了分析,显示相关改善周围的国际扶轮的振幅和波长位移衰减变化乐队(83年,84年]。由于这些调查几个optochemical传感器基于聚苯乙烯nanocoatings已报告由同一研究小组(128年- - - - - -130年]。水(131年],LbL [132年),和溅射133年)沉积技术被用于制造各种薄膜涂层的液化石油气等传感各种物理和化学级氢(134年,135年],pH值[136年)、湿度(137年),挥发性有机化合物的仪器(138年),或敏感的研究改进139年,140年]。另一个相关研究报道蜀et al。141年),呈现所谓的液化石油气的转折点。这些转折点出现在液化石油气与特定的光栅周期和提供两个共振波长为每个包层模式,从而使灵敏度高设备的制造(142年]。
6.4。液化石油气传感器与NPs-Embedded涂料
在过去的几年里,包含NPs在涂布液化石油气也报道了不同的传感应用。在表1,其中一些作品,包括目标,包括类型的纳米颗粒涂层成分、和制造方法。各种各样的物质被监控,如乙醇,氨,蛋白质,或其他低分了分析物。的沉积技术用于液化石油气敏感涂料制造LbL,因为这种方法允许一个可控的管理制造薄膜的厚度和NP组合。
一个有趣的工作如何提高液化石油气湿度传感器的灵敏度是由Viegas et al。13]。他们证明了SiO的使用2团簇在聚合物薄膜中间结构涂层提高了湿度敏感性30% RH≈1.5倍,这是提高至3.5的值在处理RH(如图70%左右10)。
7所示。Resonance-Based光纤传感器
7.1。介绍
Resonance-based传感器在光纤传感领域是另一个重要的群体。他们的开发已经报道了超过20年。当一个光波导是由纳米涂料,涂层的光透射总体结构可以影响。根据不同材料的属性参与系统(波导,涂料,和周围介质),三种不同的电磁谐振可以认可。区分这些类型的共振,涂层的介电常数的关系(),由实部和虚部,被认为是(见图11)。
第一个时会发生共振现象的实部满足以下三个条件:必须是负的;它必须在级高于其相应的虚部;级的,它必须高于周围波导介电常数和介电常数。在这些条件下,产生SPR共振。这种共振耦合的由特定的能量共振波长的入射光的表面电流metallic-semiconductor接口。这种共振发生时光子与电子的能量转移,因此这样的波长是不明显的在最后的透射光。
第二种类型的共振发生在现实的一部分满足这三个条件:必须是积极的;它必须在级高于其相应的虚部;级的,它必须高于周围波导介电常数和介电常数;参见图11。一些研究表明,光的传播在半导体包芯波导展览一些衰减极大值为特定半导体包层的厚度值,同时,在特定波长的入射值(170年]。这是由于一个波导之间的耦合模式和特定的半导体薄膜损耗模式(171年]。因此,在这些情况下,共振被指示为有损模式共振(lmr) [156年,172年]。在这个共振光夫妇到不同的传播媒介,并失去了透射光。
最后,第三个案例发生在现实的一部分是接近于零,其虚部很大。这种特殊情况下,命名为远程表面激子极化声子(LRSEP),还没有应用于光纤传感器的发展,不会综述报道。
根据光学结构,resonance-based传感器可以变成球状的子群吸光度传感器、光栅传感器,或干涉传感器如果他们的涂料满足具体的共振条件。一般在文学,resonance-based传感器被认为是作为一个群体本身,因为共振现象的重要性。然而,他们也可以归类为CROF传感器、u形传感器、锥形传感器、液化石油气传感器、光纤光栅传感器、等等,根据光学配置。
的SPR传感器和基于LMR NP-embedded涂料已被广泛报道在过去的几年里,他们将被描述在不同的部分。
7.2。基于SPR和LSPR传感器
自引入光纤SPR技术的研究技术,光纤SPR传感器提出了很多进步。乔根森和绮出版于1993年173年)最早的基于SPR的光纤传感器。他们研究了透射谱的变化不同的关键参数:膜厚,薄膜折射率和涂层的长度。之后,许多设备基于SPR现象据报道由于金属薄涂料到纤维上,作为一个重要参考在生化传感在过去十年里174年]。然而,这些金属涂料主要由金银电影不含NPs,因此没有基于SPR传感器与NP-embedded涂料。
独特的光学特性的金属NPs也吸引了传感器基于社区发展LSPR传感器(175年]。LSPR现象,导电NPs与经过涂层的光,产生共振波。这发生在NPs的尺寸比光的波长小。创建的局部共振取决于大小、几何、和NPs的组成及其分布的涂料。LSPR传感器几乎没有基于优势SPR传感器为基础,如更高的表面积,和现在当他们正相关(176年),因为他们正在改善敏感性比率或检测极限的值(12)或选择性。然而,需要进一步的研究。因此,曹et al。177年)之间进行了比较研究基于LSPR传感器Au纳米涂层和SPR传感器与薄盟层,给第二个更高的灵敏度。
7.3。LMR基于传感器与NP-Embedded涂料
LMR理论是最近,及其在传感发展已经被一些作者报道自2009年(156年,178年,179年]。因此,NPs在这些传感器的使用成为一个热点。
在这几年中,LMR基于传感器和嵌入式NPs出版等参数测量周围的RI (165年)、相对湿度(167年),或挥发性有机化合物(挥发性有机化合物的仪器)169年使用LbL技术)。
Rivero等人最近开发的第一个传感器LSPR和LMR现象出现(157年),由于与Ag NPs自组装聚合物涂层。在这部作品中,外观和演化造成的LSPR Ag) NPs和lmr造成整体涂层,在LbL淀积过程中,观察(如图12)。结果,创建了涂料及其肿胀属性产生共振模式的重大变化,将各自的LMR山峰根据湿度变化(图13)。他们的结果的灵敏度1 nm / RH从第一LMR %。他们也显示另一个传感器,每第二LMR RH % 0.943海里。
(一)
(b)
同一研究小组还开发了另一个折射计基于这两种类型的共振,这里使用非盟NP-embedded涂料(164年]。最后在基于LMR的传感器工作表明,该传感机制及其潜在的使用有一个光明的前途在未来几年。
最后,总结不同方法的光纤传感器基于LSPR和LMR表所示2。
8。结论
在评估中,光纤传感器的分类提出了基于nanoparticle-embedded涂料;这个列表的传感器已下令根据他们的传感原理,简要描述在分开的部分。吸光度、干涉法、荧光、光栅和共振现象的简要报告。引入新的特种纤维结合这些涂料有很多潜在的应用。此外,LSPR和LMR光纤传感技术的发展正在经历很大程度上这些天。所有这些进步可能会推动未来趋势研究和开发的光纤传感器。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这部分工作是支持西班牙经济和竞争力CICYT-FEDER tec2013 - 43679 r研究格兰特和UPNA格兰特博士前的研究。