表面等离子共振Ag／TiO2复合膜气体传感器

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基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)

2016年第35卷第1期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·131·化工进展基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究进展邵先坤，郝勇敢，刘同宣，胡路阳，王媛媛，李本侠（安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南 232001）摘要：由具有表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）效应的贵金属（Ag、Au等）纳米粒子和半导体纳米结构组成的纳米复合光催化剂具有优异的可见光光催化活性，成为新型光催化材料的研究热点之一。

本文综述了Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的制备方法、基本性质以及光催化应用方面的一些重要研究进展；重点介绍了Ag(Au)等纳米粒子的表面等离子共振增强可见光催化活性的机理，以及Ag(Au)纳米粒子与不同类型半导体复合的光催化剂的光催化性能，其中所涉及的半导体包括金属氧化物、硫化物和其他一些半导体；本领域未来几年的研究热点将集中于新型高效的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的微结构调控及其用于可见光驱动有机反应的机理研究。

本文为基于SPR效应构建Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究提供了有力的参考依据，并且指出Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究是发展可见光高效光催化剂的重要方向。

关键词：贵金属；表面等离子体共振；可见光响应；催化剂；降解；制氢中图分类号：O 649.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）01–0131–07DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.017Research progress of Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalystsbased on surface plasmon resonanceSHAO Xiankun，HAO Yonggan，LIU Tongxuan，HU Luyang，WANG Yuanyuan，LI Benxia （School of Materials Science and Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，Anhui，China）Abstract：Nanohybrid photocatalysts composed of noble metal nanoparticles (Ag，Au，etc.) with surface plasmon resonance (SPR) effect and semiconductor nanostructures have become one of the research hotspots in the field of advanced photocatalysis because of their excellent photocatalytic activity under visible light irradiation. This review summarized some significant research progress about the basic properties，preparation methods and the photocatalytic applications of the plasmonic Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts. We emphatically introduced the mechanism for the enhanced effect of Ag(Au) nanoparticles with SPR on visible light response photocatalytic activity，as well as the photocatalytic performance of the nanohybrid photocatalysts composed of Ag(Au) nanoparticles and different types of semiconductors，including metal oxides，metal chalcogenides and other semiconductors. The research in this field will focus during the next few years on the microstructure modulation of the novel high-efficiency Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts and their photocatalytic mechanisms in visible-light-driven organic reactions. This收稿日期：2015-04-21；修改稿日期：2015-06-18。

二氧化钛氧传感器的工作原理

二氧化钛氧传感器的工作原理二氧化钛氧传感器的工作原理可谓是个有趣的课题，听起来可能有点复杂，但其实它就像我们生活中那些看似不起眼的小工具，背后藏着大智慧。

想象一下，早晨的空气中飘着一丝清新的气息，二氧化钛氧传感器就是在默默地为我们监测空气中的氧气浓度，确保我们呼吸的每一口都是“放心的好空气”。

嘿，这可不是小事儿哦，毕竟人嘛，离开了氧气可就没办法活得滋润。

二氧化钛这家伙到底是怎么工作的呢？简单来说，二氧化钛是一种非常神奇的材料，能够在光的照射下表现出不同的性质。

它的氧化还原反应就像一场“化学秀”，在适当的温度和环境下，二氧化钛可以检测空气中的氧气含量。

这就像你在街上走，突然闻到了一股香味，立刻就能判断出是路边的小吃摊还是邻居家的厨房。

传感器中的二氧化钛就负责这个“味觉”，不停地在“嗅”着周围的氧气。

再说说它的结构，二氧化钛氧传感器里有个叫做“电极”的小玩意儿，听起来好像科技感十足，其实就是一对小“耳朵”，负责接收来自二氧化钛的信号。

当氧气浓度发生变化时，这对小“耳朵”会立即传递信息，仿佛在说：“喂，快来看看，氧气又多了或者少了！”整个过程就像一场默契的合作，彼此之间配合得天衣无缝。

这个传感器的反应速度也特别快，几乎是瞬间就能告诉你氧气的变化情况。

就像那种你一打开冰箱，里面的食物就仿佛在说：“快来吃我，我新鲜得很！”二氧化钛氧传感器也在快速地反馈着氧气的状态，帮助我们随时掌握空气的“健康状况”。

你想啊，谁不想知道自己呼吸的空气是不是清新呢？而在实际应用中，这种传感器可不仅仅是在实验室里待着，很多地方都需要它的“上岗”。

比如在工业生产中，二氧化钛氧传感器可以监测工厂的排放气体，确保不超标，让我们在享受产品的同时，也能呼吸到更安全的空气。

就像我们的守护者，默默地在背后发挥着重要的作用，让人感到倍儿踏实。

在汽车行业，二氧化钛氧传感器同样是个“大咖”，它帮助汽车检测尾气中的氧气浓度，调节燃油与空气的混合比例，提升燃烧效率。

氧化物半导体气体传感器原理

氧化物半导体气体传感器原理氧化物半导体气体传感器是一种常见的气体检测装置，广泛应用于工业、环境监测等领域。

它的工作原理基于氧化物半导体材料的电学特性。

我们需要了解氧化物半导体的材料特性。

氧化物半导体通常是由金属氧化物组成，如二氧化锡（SnO2）、二氧化钛（TiO2）等。

这些材料在高温下具有良好的导电性能，但在常温下，它们的电导率较低。

当氧化物半导体暴露在空气中时，它会与空气中的气体发生作用。

不同的气体会引起氧化物半导体表面的化学反应，从而改变其电导率。

这种变化是因为气体分子的吸附和解离作用改变了氧化物半导体的电荷密度。

具体来说，当氧化物半导体暴露在空气中时，它的表面会吸附一些氧分子和水分子。

这些分子与氧化物半导体表面的自由电子发生作用，产生正电荷。

这些正电荷会阻碍自由电子的运动，从而降低了氧化物半导体的电导率。

当有其他气体进入氧化物半导体的接触区域时，它们会与已吸附在表面上的氧分子和水分子发生竞争吸附。

不同的气体具有不同的吸附能力和解离效果，因此会引起不同程度的电导率变化。

氧化物半导体气体传感器利用这种电导率变化来检测气体浓度。

传感器通常由两个电极组成，它们与氧化物半导体材料相接触。

当施加电压时，电流通过氧化物半导体，并通过测量电阻或电流的变化来间接测量气体浓度。

传统的氧化物半导体气体传感器通常需要加热氧化物半导体材料以提高其灵敏度。

加热可以增加氧化物半导体表面的吸附能力，并提高与气体之间的反应速率。

然而，这也会增加传感器的功耗和响应时间。

近年来，研究人员提出了一种新型的氧化物半导体气体传感器，利用纳米材料技术来提高传感器的性能。

纳米材料具有更大的比表面积和更短的扩散距离，因此可以提高传感器的灵敏度和响应速度。

此外，纳米材料还可以通过调控其形貌和结构来选择性地吸附特定的气体，从而实现多气体检测。

总的来说，氧化物半导体气体传感器利用氧化物半导体材料的电导率随气体浓度的变化来检测气体。

它的工作原理基于气体分子与氧化物半导体表面的吸附和解离作用，通过测量电阻或电流的变化来间接测量气体浓度。

金属氧化物半导体气体传感器选择性改进研究进展

金属氧化物半导体气体传感器选择性改进研究进展目录一、内容描述 (2)二、金属氧化物半导体气体传感器概述 (2)1. 传感器基本原理 (4)2. 金属氧化物半导体材料特性 (5)3. 气体传感器应用领域 (6)三、金属氧化物半导体气体传感器选择性改进研究现状 (7)1. 传感器材料改进 (8)（1）材料成分优化 (9)（2）纳米材料应用 (11)（3）复合氧化物材料研究 (12)2. 传感器结构改进 (13)（1）微型化设计 (14)（2）阵列式结构设计 (16)（3）集成化设计 (17)3. 气体检测技术与算法优化 (18)（1）气体识别技术提升 (19)（2）信号处理与算法优化 (20)（3）智能化识别系统研究 (22)四、金属氧化物半导体气体传感器选择性改进实验与分析 (23)1. 实验材料与设备 (24)2. 实验方案设计与实施 (26)3. 实验结果分析 (27)五、金属氧化物半导体气体传感器选择性改进的挑战与展望 (28)1. 面临的主要挑战 (29)2. 发展趋势及前景展望 (30)六、结论 (31)一、内容描述本文档主要介绍了金属氧化物半导体气体传感器选择性改进研究进展。

文章首先概述了金属氧化物半导体气体传感器的基本概念和原理，接着重点介绍了传感器选择性的重要性及其在实际应用中的挑战。

文章接着详细阐述了为提高传感器选择性所进行的研究和改进措施，包括材料设计、结构设计、工艺优化等方面。

对目前金属氧化物半导体气体传感器在选择性方面的最新进展进行了介绍，并分析了未来可能的研究方向和技术创新点。

文章总结了金属氧化物半导体气体传感器选择性改进研究的成果与不足，指出了实际应用中需要解决的问题和未来的发展趋势。

文档内容全面，旨在为相关领域的研究人员提供有价值的参考信息。

二、金属氧化物半导体气体传感器概述金属氧化物半导体气体传感器是一种基于金属氧化物半导体材料的气体检测装置，其工作原理是利用金属氧化物半导体材料对气体分子的吸附和电导变化来间接测量气体的浓度。

基于金属氧化物半导体材料的气体传感器

基于金属氧化物半导体材料的气体传感器气体传感器是一种能够检测周围环境中气体浓度、组成等参数并将其转化为电信号的设备。

在现代工业和生活中，气体传感器已经成为了必不可少的仪器设备之一，广泛应用于化工、环保、医疗、食品等领域，可见其在社会发展中的重要性。

作为气体传感器的核心部件，传感器材料的性能对整个传感器的性能具有重要影响。

金属氧化物半导体材料由于其材料稳定性、成本低廉、响应速度快、可重复性好等特点，已经逐渐成为半导体气体传感器中的主流材料，并且也日益成为了其他类型气体传感器的发展趋势。

金属氧化物半导体材料广泛存在于自然界中，通过控制工艺可以制备出多种不同的半导体材料，这些材料对于不同的气体具有不同的响应特性。

其中最常用的材料包括二氧化钛、氧化锌、氧化铟等。

在这些材料中，二氧化钛表现出色的气敏特性，可以对许多气体，如甲醛、CO等进行有效的检测。

金属氧化物半导体材料的气敏特性机制主要分为两种，一种是基于表面吸附机理，另一种是基于电极化学反应机制。

在表面吸附机理中，气体通过化学吸附到材料表面，改变了材料表面的电荷状态，从而导致电阻的变化。

在电极化学反应机制中，气体被氧化或还原在材料表面上，并导致电流随着气体浓度变化而变化。

金属氧化物半导体材料有着灵敏度高、响应速度快、稳定性好等特点，但仍然面临着许多挑战。

其中一个主要挑战就是如何提高其选择性。

由于金属氧化物半导体材料对不同的气体均表现出一定的响应，因此需要通过差分测量、交叉灵敏度修正等方式提高其选择性。

此外，金属氧化物半导体材料还面临着应用过程中对环境条件的敏感性、温度修正等问题。

为了解决上述问题，可将金属氧化物半导体材料与其他类型传感器技术组合起来。

例如，将金属氧化物半导体材料和表面等离子共振传感器技术组合，可以较为有效地提高传感器的选择性和灵敏度。

此外，还可以通过利用纳米材料、量子点等新型材料，进一步提高金属氧化物半导体材料的气敏性能。

综上所述，基于金属氧化物半导体材料的气体传感器已经成为了主流的半导体气体传感器材料，并具有灵敏度高、响应速度快、成本低等优点。

表面等离子体共振技术在生物传感器中的应用

表面等离子体共振技术在生物传感器中的应用一、引言生物传感器是应用最为广泛的传感器之一，其可以将与生物体之间的相互作用转化为电信号，从而实现对生物体的识别。

表面等离子体共振技术（Surface Plasmon Resonance，SPR）是生物传感器中常用的一种技术。

它利用纳米金属表面的等离子体共振效应，实现对生物分子的检测。

本文将详细讨论表面等离子体共振技术在生物传感器中的应用。

二、表面等离子体共振技术的基本原理表面等离子体共振技术是一种基于光学原理的生物传感器技术。

其基本结构由金属膜、介质层和检测区域组成。

其中金属膜通常采用银或金，介质层主要是一种具有高折射率的介质，如玻璃或石英。

检测区域则是在金属膜上覆盖一层生物分子或细胞。

当一束特定波长的激光照射在金属膜上时，与介质层相接触的金属表面将会产生等离子体共振谐振现象，形成一种表面等离子体波，即SPR波。

当有生物分子或细胞结合在检测区域时，其会改变SPR波的传播速度和传播距离，从而引起SPR波的共振消失。

观察SPR波的共振消失对应的波长，即可推断出检测区域分子的物理和化学特性，从而实现对其的检测。

三、表面等离子体共振技术在生物传感器中的应用1.蛋白质相互作用的研究SPR技术可以用于研究蛋白质在生物体内相互作用的情况。

通过将感兴趣的蛋白质固定在金属膜上，并将其他蛋白质注入到介质层中，可以观察到不同蛋白质之间相互作用的共振消失情况，从而了解它们之间的互作信息。

2.细胞表面受体配体相互作用的研究SPR技术也可以用于研究细胞表面受体和配体之间的相互作用。

将感兴趣的细胞固定在金属膜上，并将潜在的配体注入到介质层中，可以观察到细胞表面受体与配体之间的共振消失情况，从而了解它们之间的互作信息。

3.药物筛选SPR技术可以用于筛选有效的药物分子。

通过将药物分子固定在金属膜上，观察其与可能的靶分子之间相互作用的共振消失情况，可以判断其是否具有良好的互作性，从而筛选出有效的药物分子。

表面等离子体共振在研究中的应用

表面等离子体共振在研究中的应用摘要：表面等离子共振（SPR）近年来迅速发展为用于分析生物分子相互作用的一种新的光学检测技术。

应用SPR原理可检测生物传感芯片上配位体与分析物之间的相互作用情况，在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测及环境监测等领域具有广泛的应用需求。

该技术无需标记、特异性强、灵敏度高、样品用量小，可实现在线连续实时检测。

本文阐述了基于表面等离子共振技术生物传感器的基本原理，综述了SPR在蛋白质、水质、有毒气体检测及疾病诊断中的应用，以及利用SPR分析蛋白质—蛋白质相互作用中的主要研究方向，并对其发展趋势进行了展望。

关键词：表面等离子体共振；蛋白质；水质检测；有毒气体检测；疾病诊断Application in the Scientific Research ofSurface Plasmon ResonanceAbstract:The optical technique of surface plasmon resonance(SPR)has been rapidly developed to investigate the interactions of biomolecules in recent years, it can be applied for monitoring of interaction between ligand and analyte on a sensor chip. Thus, it has been largely demanded in the field of life science, medical testing, drug screening, food and environmental monitoring, and so on.SPR technique has many advantages,such as label-free,specificity,sensitivity, sample dosage, real-time and online detection.In this paper, the principle of biosensor chip technology of SPR biosensors was briefly described, its application on protein, water quality, toxic gas investigations and disease diagnosis were reviewed, and the mainly research fields of using SPR analyse interaction between protein and protein were stated. Furthermore，the trend of its development in near future has been prospected．Key words: surface plasmon resonance; protein; immunosensor; water quality investigation; toxic gas investigation表面等离子体子共振(surface plasmon resonance，SPR)是一种利用金属薄膜的光学耦合产生的物理光学现象。

表面修饰对金纳米粒子表面等离子激元共振现象的影响

表面修饰对金纳米粒子表面等离子激元共振现象的影响近年来, 金纳米粒子作为具有特殊表面等离子激元共振(SPR)效应的材料, 在化学、光学、电子等领域得到广泛应用。

然而, 纳米材料表面容易受到周围环境干扰和污染, 表面的修饰也会对其SPR效应产生一定的影响。

一、SPR现象及其在金纳米粒子中的应用SPR效应是一种在金属表面上发生的特殊电子共振现象, 在特定波长下会引起光的衰减和反射。

在纳米金颗粒上, 等离子激元共振(SPR)现象产生的位置和强度取决于金纳米颗粒的大小、形状、材料以及环境等因素。

SPR效应在光学传感、太阳能电池、热成像和生物成像等领域有着广泛的应用。

二、纳米材料表面修饰的现状在应用中，金纳米颗粒表面往往需要进行修饰，以增强其稳定性、增大其表面积、改善其光催化性能、增强其生物相容性等。

修饰方法包括化学修饰、物理修饰、生物修饰等多种方法，如化学还原、方法，溶剂热法等。

表面修饰可以使金纳米颗粒表面引入不同的官能团，改变其功函数，影响其SPR效应。

因此, 表面修饰对金纳米粒子的SPR效应具有重要的影响。

三、表面修饰对金纳米粒子SPR效应的影响(一)功能化修饰对SPR效应的影响功能化修饰可以使金纳米颗粒表面具有不同的化学活性团，如硫基、羧基、胺基、磷基、甲酸基等。

不同功能团的引入可以通过吸附作用调节表面电荷密度，并改变其SPR响应。

研究表明, 当硫基与金表面形成S-Au键后, 使金纳米粒子产生较重的SPR吸收峰并且其位置发生红移。

(二)材料对SPR效应的影响金以外的其他材料（如CdS、Au/Ag、TiO2）往往作为金纳米颗粒的包膜或掺杂体系，形成复合体系，可以调节金纳米颗粒的大小、形状以及电子传输性质，改变SPR效应。

研究发现, 添加CdS纳米微棒可以使金颗粒的SPR峰红移，说明CdS的引入调控了其SPR效应。

(三)形态与晶面对SPR效应的影响金纳米颗粒的形态、晶面和粒径等因素对其SPR效应产生显著影响。

角度调制型SPR传感器复合金属膜结构的设计

角度调制型SPR传感器复合金属膜结构的设计陈惠滨;魏文才;林少芬;江小霞【摘要】According to the MATLAB numerical simulation, the performance of surface plasmon resonance (SPR) sensor using Au and Ag film was analyzed. In view of the features of Au and Ag film, Ag+Au composite film was proposed, and its performance in SPR sensor was numerically simulated. It could be concluded that the performance of the angle-modulated SPR sensor varied distinctly with the thickness of metal film. The sensor strongest resonated and the reflectivity was lowest with the optimal thickness of 52 run Au film and 38 run Ag film respectively. 50 nm Ag/Au composite film (Ag film 20 nm ) improved the performance of SPR sensor. Due to the outside Au film of composite film, the sensor could keep good stability.%采用MATLAB数值模拟,分析Au,Ag两种材料对于角度调制型表面等离子共振(SPR)传感器性能的影响；同时,根据Au和Ag的各自特性,提出一种Ag/Au复合膜结构的设计,并对该复合膜结构的SPR传感器性能进行数值分析.研究结果表明:角度调制型SPR传感器的最低反射率受金属膜厚度的影响较大,在Au,Ag膜厚度分别为52,38 nm时,其共振强度最强,最小反射率值达到最小值；选择Ag/Au复合膜总厚度为50 nm(其中Ag膜厚度为20 nm),可以大大改善传感器的性能,且由于Au膜处于复合膜的外层,可以保持传感器较好的稳定性.【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)001【总页数】3页(P46-48)【关键词】表面等离子共振传感器;Au;Ag;复合金属膜;角度调制型;数值分析【作者】陈惠滨;魏文才;林少芬;江小霞【作者单位】集美大学信息工程学院,福建厦门361021;集美大学轮机工程学院,福建厦门361021;集美大学轮机工程学院,福建厦门361021;集美大学轮机工程学院,福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】TP212表面等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）传感技术是从20世纪90年代发展起来的一种新型生化检测技术 .它具有检测灵敏度高、无需标记、无需分离纯化、抗电磁干扰性能好等特点，可用于测量溶液浓度、确定反应物种类和在线实时监测生物分子相互作用，并被广泛应用于制药、化学、生物、医疗、环境、食品等领域［1］.金属膜在SPR传感器中是用于激发SPR现象的前提条件，其种类及设计参数不同，对SPR共振峰及传感器的检测结果会产生较大影响［2-3］.当选择反射率较高的金属材料作为金属膜，会使待测物折射率与敏感膜折射率的差别较大，导致SPR共振越明显，从而改善检测的灵敏度［4］.在所有金属元素中，Al，Ag，Cu和Au等4种金属在可见光波长范围内具有较高反射率，且反射率的色散特性较好 .研究表明，Ag膜的反射率最高，容易构建较高灵敏度的SPR传感器，Au膜的反射率比Ag膜差，但稳定性最好 .在商业化的仪器及SPR传感器研究中，尤其Ag膜不能使用的体系情况下，通常采用Au作为传感器的金属膜［2-3，5］.本文主要提出一种新的复合金属膜的设计方法，以进一步提升角度调制型表面等离子共振（SPR）传感器的性能.1 表面等离子共振原理表面等离子共振是一种物理光学现象［5］.其物理模型是当一束单色入射光以全反射形式从光密介质入射到光疏媒质与金属面的交界处时，在某一入射角部分入射光的能量穿透金属表面，形成的能量沿着垂直于界面的方向按指数衰减的倏逝波，引起金属中的自由电子共振，使得反射光能量的急剧下降.该入射角称为SPR共振角，它会随着金属面交界处的光疏介质折射率的变化而变化，且该折射率的变化和金属表面附着的生物分子的质量的变化成正比.因此，通常可以通过测量SPR共振角的变化，获得生物分子之间相互作用的特异性信息.不同性质的金属膜，由于其介电常数、厚度不同，对传感器的输出结果会产生不同的影响.假设入射光波长为λ，入射角为θ，自上而下各层的膜厚为dj（j＝1，…，K-2），各层的介电常数为εj（j＝0，…，K），入射光在各层中的波矢为，则第j层相对第K-1层的反射系数而相邻两层界面上光的反射系数为其中.通过菲涅尔方程及多层薄膜介质光波反射率公式，可以推导出Kretschmann多层耦合模型SPR 传感器的反射率（R）［6］为2 Au和Ag膜SPR传感器的数值模拟［6］选定Kretschmann型SPR传感器各层材料及参数如下：棱镜为BK7玻璃材料，入射光波长为630nm，入射角范围为50°～85°，样品为纯净水（折射率为1.33）.通过仿真分析，获得不同Au，Ag膜厚度的角度调制型SPR曲线变化，如图1所示.从图1可知：角度调制型SPR传感器的最低反射率受金属膜厚度的影响较大；在所选定模型参数下，Au膜厚度为52nm，Ag膜厚度为38nm时的共振强度最强，最小反射率值达到最小值；相对于共振强度的最强位置，金属膜厚度变大或者变小，都会使得最小反射率值增大.这是由于随着金属膜厚度增加，倏逝波传播到金属膜与样品的界面上的分量越来越少，从而导致共振减弱；而当金属膜厚度偏小时，金属膜对光波的能量的吸收也相应减弱，从而导致反射光能量增加.当共振强度最强时，Ag膜SPR曲线半峰宽比Au膜窄，且当金属膜厚度变化一样时，Ag膜SPR传感器共振强度减弱比Au膜明显 .因此，选用Ag膜制作SPR传感器具有更高的灵敏度，其测量范围也比Au膜SPR传感器宽.该现象与文献［2-4，7］的研究基本一致.图1 不同Au和Ag膜厚度的SPR曲线Fig.1 SPR curve with different thickness of Au，Ag film3 Au／Ag复合膜SPR传感器的数值模拟［6］综合Au，Ag两种金属材料的优点，构造具有复合金属膜结构SPR传感器 .首先在棱镜反射表面镀上一层Ag膜，然后在Ag膜上镀一层Au膜.这种结构复合金属膜不仅可以保持原Au膜的稳定性，而且由于引入Ag膜而改善了传感器的性能.此时，对应的反射率公式应采用4层膜结构进行分析.选定Kretschmann型SPR传感器各层材料及参数如下：棱镜为BK7玻璃材料，入射光波长为630nm，入射角范围为50°～85°，样品为纯净水（折射率为1.33）.通过仿真分析，获得不同Au／Ag复合膜总厚度（H）下角度调制型SPR曲线变化，如图2所示.从图2可知：角度调制型SPR传感器的最低反射率受金属复合膜厚度的影响较大，在所选定模型参数下，金属复合膜总厚度（H）在40～50nm之间反射率值达到最小；当复合膜总厚度为40nm（Ag膜厚度为36 nm）或者50nm（Ag膜厚度为15nm）时，其共振强度最强.在相同复合膜总厚度下，随着Ag膜比例的增加，半峰宽变窄，共振角变小，共振得到增强.因此，在Au膜SPR传感器结构引入Ag 膜，可以使得SPR传感器的共振得到增强，有助于改善传感器的性能.图2 不同Au／Ag复合膜厚度的SPR曲线Fig.2 SPR curve with differentthickness of Ag／Au composite film选择40nm厚度的复合膜，Au膜厚度较薄仅为5nm，会导致制作困难，因此应选择50nm的复合膜总厚度进行制作.对复合膜总厚度为50nm的传感器灵敏度进行仿真，结果如图3所示.由图3可知：同样复合膜厚度下，随着Ag膜比例的增加，测量范围变宽，而灵敏度（斜率）并未发生明显的变化.因此，综合最低反射率值、半峰宽、测量目标溶液可变范围及灵敏度等因素，对于角度调制型的SPR传感器选择复合金属膜总厚度为50nm，其中Ag膜厚度20nm，可以大大改善传感器的性能.同时，由于Au膜处于复合膜的外层，可以保持传感器保持较好的稳定性，表面不易被氧化，保证原来适用于强酸强碱测量场合的特性.4 结束语比对分析了Au，Ag两种材料对于角度调制型SPR传感器性能影响，提出了一种兼容Ag，Au两种金属膜优点的复合膜结构的SPR传感器金属膜的设计.通过对该复合膜结构SPR传感器性能的数值模拟，给出Au／Ag复合膜结构的最佳设计参数，为下一步传感器制作提供理论指导.图3 复合金属膜的共振角随Ag膜厚度的变化Fig.3 Resonance angle variation against Ag film thickness at composite film参考文献：［1］ CHEN Yong，MING Hai.Review of surface plasmon resonance and localized surface plasmon resonance sensor［J］.Photonic Sensors，2012，2（1）：37-49.［2］吴英才，顾铮.激励表面等离子共振的金属薄膜最佳厚度分析［J］.物理学报，2008，57（4）：2295-2299.［3］ EKGASIT S，THAMMACHAROEN C，YU F，et al.Influence of the metal film thickness on the sensitivity of surface plasmon resonancebiosensors［J］.Applied Spectroscopy，2005，59（5）：661-667.［4］ MITSUSHIO M，MIYASHITA K，HIGO M.Sensor properties and surface characterization of the metal-deposited SPR optical fiber sensors with Au，Ag，Cu，and Al［J］.Sensors and Actuators A：Physical，2006，125（2）：206-303.［5］ KRETSCHMANN E，RAETHER H.Radiative decay of non radiative surface plasmons excited by light（Surface plasma waves excitation by light and decay into photons applied to nonradiative modes）［J］.Zeitschrift Fuer Naturforschung，Teil A，1968，23：2135.［6］陈惠滨 .小型SPR分析系统设计及其在环境污染检测中的应用研究［D］.杭州：浙江大学，2011：22-47.［7］曹振新，吴乐南，梁大开.金膜与银膜光纤 SPR 传感器［J］.光子学报，2004，33（10）：1169-1171.。

钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2_陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能

第52卷第12期表面技术2023年12月SURFACE TECHNOLOGY·351·钛合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能周志强1，郝娇山1*，宋文文1，孙德恩2，李黎1，蒋永兵1，张健1（1.重庆川仪调节阀有限公司，重庆 400707；2.西南大学材料与能源学院，重庆 400715）摘要：目的研究温度对钛合金表面Al2O3-40%TiO2陶瓷涂层摩擦磨损性能的影响，探讨涂层在高温下的摩擦磨损机理。

方法采用大气等离子喷涂技术（APS）在TC4钛合金表面制备Al2O3-40%TiO2（AT40）陶瓷涂层。

采用扫描电子显微镜（SEM）和能量分散谱仪（EDS），对AT40陶瓷涂层中的微观形貌和物相进行定性分析。

借助维氏显微硬度计，研究 AT40陶瓷涂层在常温下的截面显微硬度分布规律，以及高温下的显微硬度。

采用多功能摩擦磨损试验机，测试AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的摩擦磨损性能，并进行原位在线自动3D形貌表征。

结果 AT40陶瓷涂层呈典型的热喷涂层状结构，各相分布均匀，涂层结构致密，平均显微硬度相较于TC4钛合金基材提高了81%。

AT40陶瓷涂层在200、350、500 ℃下的高温硬度分别为513HV0.3、463HV0.3、448HV0.3。

在200、350 ℃时，AT40陶瓷涂层的平均摩擦系数分别为0.18±0.02和0.38±0.03，磨损率分别为(7.8±0.01)×10–5 mm3/(N·m)和(37.2±0.01)×10–5 mm3/(N·m)，涂层具有优异的抗高温摩擦磨损性能。

500 ℃时，涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.77±0.02和(134.4±0.01)×10–5 mm3/(N·m)，磨痕深度和磨损体积大幅增加，耐磨性能降低。

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率要求较高，本文采用金红石材料的棱镜，其对横磁（Ｍ）Ｔ模的折射率为２５４．８。气体的体积分数不同，其使ＴＯｉ薄
自从１８９２年ＮｌｎｅＣ和ＬｅｂｒＢ等人将表面ｙｄｒａｉｅｄｇ等离子共振（ｕａｅｐａｍｎｒｏａｃ，Ｐ）ｓｒｃｌｏｓｎｎｅＳＲ技术应用于气ｆｓｅ体检测和化学传感器的研究以来，ＰＳＲ传感器的研究和应
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０引言
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
膜发生敏感反应后，膜层的折射率发生了变化，导致表面等
离子波的共振波长或共振角发生改变，利用标定的共振波长（或共振角）和体积分数的关系，可由任意共振波长或共振角实现对气体体积分数的检测。ＳＲ传感器的结构如图１所示。图１中，了有效地Ｐ为激励表面等离子波，入射光为Ｔ波，Ｍ入射光沿平行于界面
２００８年第２７卷第１２期
传感器与微系统（ｒｓｕｅｎｃｏｙｔｅｈｏｇｅ）ＴａｄｃｒｄＭｉｓｓｍＴｃｎｌｉｎａｒｅｏｓ
９１
表面等离子共振Ａ／ｉ２合膜气体传感器ｇＴＯ复
符运良
（南范大学物理系，南海口５１５）海币海７１８
射激励下，复合膜的分界面发生ＳＲ现象。实验结果表明：ＰＰＳＲ角与ＴＡ气体的体积分数基本呈线性比Ｍ
例关系。
关键词：表面等离子共振；ｇＴＯ复合膜；Ａ／ｉ共振角；三甲胺体积分数
中图分类号：０５．６７３文献标识码：Ａ文章编号：１０－９８（０８１－０９－０００７７２０）２０１３
摘
要：提出一种新型的Ａ／ｉ复合膜三甲胺（ＭＡ）敏光化学表面等离子共振（Ｐ传感器结构。ｇＴＯＴ气ＳＲ）
结构中使用一只金红石材料作成的棱镜作为耦合棱镜，在棱镜的底边采用射频溅射技术制作Ａ／ｉ。ｇＴＯ复合膜，ｇＡ膜和ＴＯｉ膜的厚度分别为５ｍ和１０ｎ在复合膜上设置待测气体的样品池。在Ｈ．ｅ光入０ｎ０ｍ，ｅＮ
的波矢分量为
用成为热门课题。如，文献［用ＳＲ光化学传感器测量３］Ｐ
葡萄糖溶液的浓度；文献［研究了ＳＲ传感器复合膜４］ＰＡ／ｂ对ＨｕＰ。灵敏度的影响，出优化的复合膜结构。ＳＲ得Ｐ技术中常用的传感金属薄膜有膜、ｕ膜。本文采用射Ａ频反应溅法，金属Ａ在ｇ膜的表面上，溅射一层ＴＯ再ｉ薄膜，以三甲胺（ＭＡ）体作为检测样品，ＨｅＮ激光入Ｔ气以．ｅ射，研究共振角与ＴＭＡ气体体积分数之间的关系。