摘要
太赫兹波谱技术由于其安全性、透视性与指纹谱性等特点，在农产品质量安全检测中的应用展现出诱人的前景。然而，太赫兹波与样品间的相互作用较弱，使太赫兹波谱技术的检测灵敏度进一步提高受到限制。通过利用超材料激发表面等离激元从而增强太赫兹波与样品间的相互作用，能够有效提升获取信号的能力。碳纳米管具有优异的吸附性能、快速电子转移特性，且产生的等离子体损耗小、可调谐。因此，基于碳纳米管制备的超材料在太赫兹传感应用领域具有巨大潜力。 本文以葡萄糖与甲基毒死蜱为检测对象，基于太赫兹时域波谱技术，采用两步法分别制备无序与有序碳纳米管太赫兹超材料（TerahertzMetamaterial,THz-MM）开展检测研究。探索并建立了利用碳纳米管THz-MM应用于农产品质量安全检测的方法，为解决太赫兹传感中的共性问题提供了新方案，也为农产品质量安全快速检测提供了新思路。 本文的主要研究内容和研究结果如下： （1）探索了一种采用两步法制备得到无序碳纳米管THz-MM的方法，并用于葡萄糖与甲基毒死蜱的检测。使用实验测试和模拟计算确定了THz-MM在太赫兹反射模式下的谐振频率为0.4THz。在此基础上，以THz-MM为载体，实现了对最低浓度为30ng/mL葡萄糖和10ng/mL甲基毒死蜱样品的快速测定，并通过模拟电场分布对检测机理进行了分析。 （2）采用慢速抽滤法制备了高取向性、高填充度的有序碳纳米管膜，并探究了制备有序碳纳米管THz-MM时短棒条带结构的方向与碳纳米管排列取向之间的关系。分别沿碳纳米管排列取向的不同方向雕刻短棒条带结构制备了THz-MM，并通过分析发现平行型THz-MM的透射率变化范围近乎0-1，由此确定了平行于碳纳米管的排列取向是制备THz-MM的最佳方向。 （3）提出采用层层叠加法获取多层有序碳纳米管膜，探索并建立了一种基于平行型有序THz-MM进行葡萄糖与甲基毒死蜱检测的方法。通过实验测试掌握了THz-MM的透射特性与太赫兹波入射方向的关系，以及在太赫兹透射模式下THz-MM的谐振峰等信息。在此基础上，采用滴样干燥法对不同浓度的葡萄糖与甲基毒死蜱样品进行了透射测试，最低检测限分别为20ng/mL与10ng/mL，相较于无序THz-MM检测灵敏度提高了10ng/mL，并对检测机理进行了模拟分析。 （4）探究并比较了无序与有序碳纳米管膜的吸附性能的差异，从而阐述了吸附作用对THz-MM检测灵敏度的影响。通过元素分析、吸附截留、分子动力学仿真与接触角实验，测试并模拟了无序与有序碳纳米管膜对待测物质的吸附能力，发现有序碳纳米管膜的吸附性能为无序碳纳米管膜的2倍，因而更有利于实现对待测物质分子的捕捉与富集，从而实现物质的高灵敏度检测。
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