عنوان

طراحی حسگر مواد شیمیایی با استفاده ازفسفرسیاه در یک ساختار هیبریدی

پ۲۹۲۱۸

per

طراحی حسگر مواد شیمیایی با استفاده ازفسفرسیاه در یک ساختار هیبریدی

الحوراء علاء محمد الرماحی

فیزیک

۱۴۰۲

۸۰ص.

سی دی

کارشناسی ارشد

فیزیک گرایش اپتیک و لیزر

۱۴۰۲/۰۶/۲۱

حسگرهای تشدید پلاسمون سطحی (SPR) در کاربردهای سنجش مفید هستند زیرا امکان نظارت در زمان واقعی، تشخیص بدون برچسب و نتایج قابل تکرار را فراهم می‌کنند. این پایان نامه به دنبال طراحی نظری یک حسگر تشدید پلاسمون سطحی که در آن از یک ساختار هیبریدی شامل فسفرسیاه و لایه های فلزی با گرافن استفاده می کنیم. حسگرهای SPR برای مطالعه مواد شیمیایی و بیوشیمیایی دارای اهمیت زیادی هستند که در آنها امواج پلاسمون سطحی در سطح مشترک بین فلز و دی الکتریک برانگیخته می شوند. مواد شیمیایی تولید شده در طی فرایند فاسد شدن میوه ها برای سلامتی مضر است، لذا حسگرهای مورد مطالعه نقش مهمی در آشکارسازی این مواد شیمیایی بازی می کنند. در این پایان نامه ساختاری دوبعدی شامل گرافن و فسفرسیاه را درنظر گرفته و ساختار حسگر و حساسیت (FOM) را مورد مطالعه قرار دادیم. بررسی نظری با استفاده از روش المان محدود (FEM) انجام شد. از یک منشور BK7 و به دنبال آن نیکل، فسفر سیاه (BP)، مس و گرافن استفاده می شود که عملکرد میدان و تبخیر حسگر را بهبود می بخشد. برای افزایش حساسیت سحسگر از حضور لایه های فلزی مانند نیکل و مس استفاده کردیم. مطالعه و شبیه سازی ما نشان داد که در ساختار مورد مطالعه حداکثر حساسیت در طول موج 633 نانومتر مقدار 232 درجه / RIU است. نتایج ساختار پیشنهادی نشان می‌دهد که حسگر ممکن است حساسیت محلول‌های آبی ترکیبات با ضریب شکست بین 1.33 RIU تا 1.365 RIU را بهبود بخشد. از نظر فعال‌سازی لایه‌های فلزی با مواد دو بعدی که ذرات را شناسایی می‌کنند، استفاده از مس 14 نانومتر و نیکل 34 نانومتر با یک لایه ماده دو بعدی حساسیت را به بیشترین میزان افزایش می‌دهد.

Abstract:Surface plasmon resonance (SPR) sensors are useful in sensing applications because they allow real-time monitoring, label-free detection, and reproducible results. This thesis follows the theoretical design of a surface plasmon resonance sensor in which we use a hybrid structure including black phosphorus and metal layers’ graphene. SPR sensors are of great importance for the study of chemical and biochemical materials in which surface plasmon waves are excited at the interface between a metal and a dielectric. Chemicals produced during the process of rotting fruits are harmful to health, so the studied sensors play an important role in detecting these chemicals. In this thesis, we considered a two-dimensional structure including graphene and black phosphorus and studied the structure of sensor and sensitivity (FOM). Theoretical investigation was done using Finite Element Method (FEM). A BK7 prism is used, followed by nickel, black phosphorus (BP), copper, and graphene, which improve field performance and sensor evaporation. To increase the sensitivity of the sensor, we used the presence of metal layers such as nickel and copper. Our study and simulation showed that in the studied structure the maximum sensitivity at the wavelength of 633 nm is 232°/RIU. The results of the proposed structure show that the sensor may improve the sensitivity of aqueous solutions of compounds with a refractive index between 1.33 RIU and 1.365 RIU. In terms of activating metal layers with 2D materials that detect particles, we discovered that using 14 nm Cu and 34 nm Ni with a 2D material layer increased the sensitivity the most.

Design of chemical sensor using black phosphorus with a hybrid structure

‏علاء محمد الرماحی‏،

الحوراء ‏

تهیه کننده

‏نامدار‏،

‏خردمند،

عبدالرحمن ‏

رضا ‏

استاد راهنما

استاد مشاور

‏تبریز