南京理工大学电光学院微纳光电子器件与应用研究所高丽教授在可穿戴柔性光子传感器件研究方面取得新的进展。相关研究成果“Soft and Transient Magnesium Plasmonics for Environmental and Biomedical Sensing”（针对环境及医疗传感的柔性瞬态镁等离激元）于2018年3月在线发表于SCI一区期刊Nano Research(纳米研究)(https://doi.org/10.1007/s12274-018-2028-6)。该工作独立完成于南京理工大学电光学院，硕士研究生李若木为论文第一作者，合作单位包括南京大学，清华大学以及美国威斯康星麦迪逊大学。

高丽教授近几年在柔性光学材料的制备和表征上开展了多项原创性工作，在Nature Communications（自然通讯）, Advanced Optical Materials（先进光学材料）, ACS Nano（ACS纳米），Small等国际顶级学术期刊以第一作者发表多篇论文，获批中美专利4项，包括首次提出皮肤光子传感的概念及大面积柔性负折射率超材料和等离激元结构器件。在此次工作中，由于金属镁可以与水发生可控反应，生成可溶解于水的氢氧化镁，是近几年热门的瞬态可降解电子器件（transient electronics）的关键材料之一。美国伊利诺伊大学约翰.罗杰斯教授研究团队在Science（科学）等期刊连续报道了一系列基于镁/氧化镁材料的可控降解集成电路，提出了崭新的器件应用概念，包括可植入人体进行疾病治疗和数据监控，并在数天疗程结束后进行无害降解自吸收;和人为触发自毁灭的电子器件等。而高丽教授课题组全新提出了应用金属镁做为新型等离激元材料，应用在可降解可调控的等离激元传感器件中。

表面等离激元通常发生在贵金属微纳结构与电介质的界面上，在入射光作用下，金属表面的自由电子云进行集体振荡，与光子的电场形成谐振，从而产生等离激元。等离激元的谐振频率可以通过金属的性质、结构参数（包括大小、形状、间距等）和环境介电常数等手段大范围设计和调控。如图1所示，论文报道了通过应用特殊的纳米软压印技术实现面积高达4平方厘米而结构精确度低至100nm的大面积柔性等离激元结构。图中对比了实验与计算结果，在10-60s与水不同反应时间后，等离激元结构的形貌发生可控改变，从而极大的调控了等离激元谐振透射率光谱。

而该调控机制可以应用于低成本等离激元传感器件，包括用光学的方法准确监控环境湿度和人体汗液流失情况。如图2所示，通过监测器件透射率变化可以读取相对环境湿度（RH>50%）的绝对值以及数天连续变化，也可以应用该柔性器件在人体皮肤上，通过监测器件透射率或者颜色的变化来判断人体汗液流失状况，避免极端脱水情况的出现。课题组将继续致力于推动柔性光子传感方法的研究以及低成本微纳光学器件的应用。该工作获得江苏省自然科学基金（BK20150790）, 国家自然科学基金 （11604151）,以及南京理工大学自主科研项目（30917015103）以及江苏省双创博士计划的资助。

来源：南京理工大学