Sensores de cristales fotónicos y su aplicación en la monitorización de contaminantes ambientales

HUANG Xin-yi ,  

MA Guo-qin ,  

SUN Jin-cheng ,  

MENG Zhi-li ,  

ZHAO Fang-yuan ,  

ZHANG Yu-qi ,  

CAI Zhong-yu ,  

摘要

Los sensores de cristales fotónicos utilizan la estructura periódica de los cristales fotónicos para transmitir cambios en el entorno externo, pudiendo convertir los estímulos del entorno objetivo en color estructural, picos de difracción o señales del espectro de reflexión, ofreciendo ventajas de detección rápida, intuitiva y sin etiquetas en la monitorización ambiental in situ. Este artículo se centra en los sensores de cristales fotónicos coloidales (CPCs), revisando sistemáticamente su diseño estructural, mecanismos de respuesta y avances en la detección de contaminantes ambientales. Primero se resume el principio óptico de los CPCs unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales, explicando el papel de la variación en la distancia de red, el índice de refracción efectivo y el orden estructural en la modulación de las señales de detección; luego se sintetizan las principales estrategias de diseño de estructuras y materiales desde hidrogeles de cristales fotónicos, ópalos/ópalos inversos artificiales, microesferas cristalinas coloidales esféricas y cristales fotónicos compuestos con marcos metálico-orgánicos (MOFs); sobre esta base, se destacan aplicaciones representativas de sensores CPCs en la detección de contaminantes ambientales en fase gaseosa, líquida, industrial y agrícola. Finalmente, se resumen las limitaciones de los sensores CPCs en estabilidad, consistencia de lotes, resistencia a interferencias y lectura portátil, y se exploran perspectivas de desarrollo en la adquisición de señales multivariables, análisis asistido por aprendizaje automático y dispositivos integrados.

关键词

Sensores de cristales fotónicos;Cristales fotónicos coloidales;Color estructural;Contaminantes ambientales;Detección in situ

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