Metamaterial-Free Flexible Graphene-Enabled Terahertz Sensors for Pesticide Detection at Bio-Interface

材料科学 太赫兹辐射 石墨烯 超材料 纳米技术 制作 光电子学 医学 病理 替代医学
作者
Wendao Xu,Yuxin Huang,Ruiyun Zhou,Qi Wang,Jifan Yin,Junichiro Kono,Jianfeng F Ping,Lijuan Xie,Yibin B. Ying
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (39): 44281-44287 被引量:106
标识
DOI:10.1021/acsami.0c11461
摘要

There is an increasing recognition that terahertz (THz) spectroscopy can be used for high-sensitivity molecular sensing. Therefore, in recent years, much work has been devoted to developing flexible, compact, and high-sensitivity THz sensors. However, most designs employ metamaterials, which require complicated, and often expensive, fabrication procedures. Also, the metamaterial structures create a gap between the sensor surface and the target surface, which decreases the effective contact area between them, resulting in reduced sensing performance. Here, we fabricated a metamaterial-free graphene-based THz sensor with user-designed patterns for sensing at bio-interfaces. External molecules can strongly interact with π electrons in graphene, which moves the Fermi level and changes the amount of THz absorption. We used this sensor to successfully detect chlorpyrifos methyl with a limit of detection at 0.13 mg/L. We also detected pesticide molecules of a concentration of 0.60 mg/L on the surface of an apple, revealing the flexibility of this sensor. The flexible graphene THz sensor showed high sensing stability and robustness over 1000 cycles of bending. These results show that our graphene-based thin-film sensors are easy to fabricate, flexible, versatile, and suited for a wide range of sensing applications.
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