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MOF/Polymer-Integrated Multi-Hotspot mid-infrared nanoantennas for Sensitive Detection of CO_(2) Gas

Nano-Micro Letters 2022年第12期14卷 352-372页

作者： Hong Zhou Zhihao Ren Cheng Xu Liangge Xu Chengkuo Lee Department of Electrical and Computer Engineering National University of SingaporeSingapore 117583Singapore Center for Intelligent Sensors and MEMS(CISM) National University of SingaporeSingapore 117608Singapore NUS Suzhou Research Institute(NUSRI) Suzhou 215123People’s Republic of China

Metal-organic frameworks(MOFs)have been extensively used for gas sorption,storage and separation owing to ultrahigh porosity,exceptional thermal stability,and wide structural ***,when it comes to ultra-low concentration gas detection,technical bottlenecks of MOFs appear due to the poor adsorption capacity at ppm-/ppblevel concentration and the limited sensitivity for signal ***,we present hybrid MOF-polymer physi-chemisorption mechanisms integrated with infrared(IR)nanoantennas for highly selective and ultrasensitive CO_(2) *** improve the adsorption capacity for trace amounts of gas molecules,MOFs are decorated with amino groups to introduce the chemisorption while maintaining the structural integrity for ***,leveraging all major optimization methods,a multi-hotspot strategy is proposed to improve the sensitivity of nanoantennas by enhancing the near field and engineering the radiative and absorptive *** a benefit,we demonstrate the competitive advantages of our strategy against the state-of-the-art miniaturized IR CO_(2) sensors,including low detection limit,high sensitivity(0.18%/ppm),excellent reversibility(variation within 2%),and high selectivity(against C_(2)H_(5)OH,CH_(3)OH,N_(2)).This work provides valuable insights into the integration of advanced porous materials and nanophotonic devices,which can be further adopted in ultra-low concentration gas monitoring in industry and environmental applications.

关键词： Metal-organic framework Gas detection mid-infrared nanoantennas Multi-hotspot Loss engineering

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