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南京理工大學電光學院微納光電子器件與應用研究所高麗教授在可穿戴柔性光子傳感器件研究方面取得新的進展。相關研究成果“Soft and Transient Magnesium Plasmonics for Environmental and Biomedical Sensing”(針對環(huán)境及醫(yī)療傳感的柔性瞬態(tài)鎂等離激元)于2018年3月在線發(fā)表于SCI一區(qū)期刊Nano Research(納米研究)(https://doi.org/10.1007/s12274-018-2028-6)。該工作獨立完成于南京理工電光學院，碩士研究生李若木為論文第一作者，合作單位包括南京大學，清華大學以及美國威斯康星麥迪遜大學。

高麗教授近幾年在柔性光學材料的制備和表征上開展了多項原創(chuàng)性工作，在Nature Communications(自然通訊), Advanced Optical Materials(先進光學材料), ACS Nano(ACS納米)，Small等國際頂級學術期刊以第一作者發(fā)表多篇論文，獲批中美專利4項，包括首次提出皮膚光子傳感的概念及大面積柔性負折射率超材料和等離激元結構器件。在此次工作中，由于金屬鎂可以與水發(fā)生可控反應，生成可溶解于水的氫氧化鎂，是近幾年熱門的瞬態(tài)可降解電子器件(transient electronics)的關鍵材料之一。美國伊利諾伊大學約翰.羅杰斯教授研究團隊在Science(科學)等期刊連續(xù)報道了一系列基于鎂/氧化鎂材料的可控降解集成電路，提出了嶄新的器件應用概念，包括可植入人體進行疾病治療和數(shù)據(jù)監(jiān)控，并在數(shù)天療程結束后進行無害降解自吸收;和人為觸發(fā)自毀滅的電子器件等。而高麗教授課題組全新提出了應用金屬鎂做為新型等離激元材料，應用在可降解可調控的等離激元傳感器件中。

表面等離激元通常發(fā)生在貴金屬微納結構與電介質的界面上，在入射光作用下，金屬表面的自由電子云進行集體振蕩，與光子的電場形成諧振，從而產生等離激元。等離激元的諧振頻率可以通過金屬的性質、結構參數(shù)(包括大小、形狀、間距等)和環(huán)境介電常數(shù)等手段大范圍設計和調控。如圖1所示，論文報道了通過應用特殊的納米軟壓印技術實現(xiàn)面積高達4平方厘米而結構精確度低至100nm的大面積柔性等離激元結構。圖中對比了實驗與計算結果，在10-60s與水不同反應時間后，等離激元結構的形貌發(fā)生可控改變，從而極大的調控了等離激元諧振透射率光譜。

而該調控機制可以應用于低成本等離激元傳感器件，包括用光學的方法準確監(jiān)控環(huán)境濕度和人體汗液流失情況。如圖2所示，通過監(jiān)測器件透射率變化可以讀取相對環(huán)境濕度(RH>50%)的絕對值以及數(shù)天連續(xù)變化，也可以應用該柔性器件在人體皮膚上，通過監(jiān)測器件透射率或者顏色的變化來判斷人體汗液流失狀況，避免極端脫水情況的出現(xiàn)。課題組將繼續(xù)致力于推動柔性光子傳感方法的研究以及低成本微納光學器件的應用。該工作獲得江蘇省自然科學基金(BK20150790)，國家自然科學基金 (11604151)，以及南京理工大學自主科研項目(30917015103)以及江蘇省雙創(chuàng)博士計劃的資助。