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  光子晶體由于其特殊的周期性結(jié)構(gòu)，使其在溶劑檢測(cè)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)蛋白石由于其反射波長(zhǎng)的變化僅取決于待測(cè)溶劑的折射率，使其無(wú)法區(qū)分折射率相似的溶劑，限制了其實(shí)際應(yīng)用。利用光子晶體對(duì)折射率相似的溶劑 (同系物、同分異構(gòu)體、其他溶劑)進(jìn)行檢測(cè)仍然是一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)。

  廣東工業(yè)大學(xué)材能源學(xué)院楊東朋副教授和黃少銘教授建立了一種動(dòng)態(tài)溶脹反射光譜(DSRS)來(lái)區(qū)分折射率相近的同系物、同分異構(gòu)體和其他溶劑。由于光子晶體頂部和底層的溶脹程度不同，被溶脹的光子晶體的初始反射波長(zhǎng)會(huì)立即分割成兩種反射信號(hào)，在溶脹過(guò)程中，兩種反射信號(hào)有合并的趨勢(shì)。其頂部和底層峰位的并合時(shí)間對(duì)溶劑的極性和折射率高度敏感，導(dǎo)致溶劑對(duì)應(yīng)的DSRS具有獨(dú)特的幾何圖案。與傳統(tǒng)的光子傳感器相比，該檢測(cè)方法具有以下優(yōu)點(diǎn):

• 1)在材料方面，該光子晶體具有穩(wěn)定性好、可反復(fù)使用，檢測(cè)快速等優(yōu)勢(shì); 

• 2) DSRS對(duì)折射率和結(jié)構(gòu)相似的溶劑具有較高的區(qū)分度，可精確區(qū)分不同種類的同系物(醇、酸、堿、酯、芳香烴)、同分異構(gòu)體(丙醇、丁醇、二氯苯、三甲苯)及折射率和結(jié)構(gòu)相似的溶劑;

• 3)溶脹過(guò)程中，光子晶體的反射強(qiáng)度發(fā)生相應(yīng)的變化。計(jì)算表明，反射強(qiáng)度的變化與溶劑的極性和折射率具有特定的關(guān)系，這對(duì)于進(jìn)一步了解其工作機(jī)理和鑒別具有相似折射率的溶劑具有重要意義。

  
  

圖 1 溶劑檢測(cè)機(jī)理

圖 2 醇類DSRS

圖 3 同分異構(gòu)DSRS

  成果近期發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces，廣東工業(yè)大學(xué)研究生胡洋、香港理工大學(xué)張宇琦博士、廣東工業(yè)大學(xué)研究生陳通為文章的共同第一作者，楊東朋副教授和黃少銘教授為本論文的共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和廣東省自然科學(xué)基金的支持。

  原文標(biāo)題：Highly Efficient Detection of Homologues and Isomers by Dynamic Swelling Reflection Spectrum

  原文作者：Yang Hu, Yuqi Zhang, Tong Chen, Dongpeng Yang*, Dekun Ma, and Shaoming Huang*

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.0c12229