氧化石墨烯和聚二甲基硅氧烷包复石英音叉,用于改进的敏感近红外和中红外检测。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:41
文章英文标题
Graphene oxide and polydimethylsiloxane coated quartz tuning fork for improved sensitive near- and mid-infrared detection.
正文
安全和医疗应用需要敏感和宽频带的红外传感器,因为很少有人能在没有非制冷设备的情况下快速和敏感地探测红外。在此,我们报道了一种基于涂层增强石英音叉( QTF )热弹性效应的宽带光探测策略,并研究了利用工作在接触模式下的原子力探针监测振动的可行性。在QTF表面涂复氧化石墨烯( GO )和聚二甲基硅氧烷( PDMS )涂层,以提高光吸收和热-机械转换效率。实验结果表明,与裸QTF相比,双层涂层在响应幅值和信噪比方面的最大增益因子分别为8。以波长为1512 nm和10.6 µ m的激光为典型代表光源,测试QTF探测器的光响应。该器件在室温下表现出复盖近红外至中红外范围的宽带光响应,高性能,最大光响应度为85.76 V·mW-1,1σ检出限为0.056 µ W;同样达到了1.35 nW·Hz-1 / 2和43.9 ms响应速度的最低噪声等效功率( NEP )。检测器的制备过程简单,易于实现;与定制QTF相比,该器件具有较高的响应度和较宽的波长响应范围,至少在1512 ~ 10600 nm之间;表面涂复策略使得新型低成本室温光探测传感器的构建成为可能。
文章内容(英文)
Sensitive and broadband infrared sensors are required for security and medical applications, as few can rapidly and sensitively detect infrared without uncooled devices. Here, we report a wideband optical-detection strategy based on the thermoelastic effect of a coating-enhanced quartz tuning fork (QTF) and study the feasibility of using an atomic force probe operating in contact mode to monitor the vibration. Graphene oxide (GO) and polydimethylsiloxane (PDMS) coating were applied on the QTF's surface to improve the light absorption and the thermal-mechanical conversion efficiency. Experimental results showed that the bi-layer coatings yielded a maximum gain factor of 8 in response amplitude and signal-to-noise ratio (SNR) than that of a bare QTF, respectively. Lasers with wavelengths of 1512 nm and 10.6 µm were used as the typical representative light source to test the photoresponse of the QTF detector. The device displays a broadband photoresponse covering the near-infrared to mid-infrared range at room temperature, high performance with the maximum photoresponsivity of 85.76 V·mW-1, and 1σ detection limit of 0.056 µW; the lowest noise equivalent power (NEP) of 1.35 nW·Hz-1/2 and 43.9 ms response speed is also achieved. The preparation process of detector is simple and easy to implement; the resulting device exhibits high responsivity and wide wavelength response ranging at least from 1512 to 10600 nm, compared with custom QTF; and the surface coating strategy potentially enables the construction of a new class of low-cost photodetection sensors operated at room temperature.
来源出处
Journal|[J]Optics ExpressVolume 29, Issue 13. 2021. PP 20190-20204
DOI
https://doi.org/10.1364/OE.428003

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