摘要：传感技术一直是当今科学界研究的热点问题。传统的传感器体型大，操作流程复杂，而且价格高昂，不易携带，耗时耗力。为了有效地改善这一问题，科学家们提出了金属-介质复合纳米结构并且把这种结构应用于传感器中。随着人们对该结构的研究的深入，金属-介质复合纳米结构传感器将会广泛的应用在越来越多的领域。本文主要从金属-介质复合纳米结构的分类和应用两个方面对该结构的研究和发展进行综述。
关键词：微纳传感器、金属复合纳米结构
一、金属-介质复合纳米结构的分类
1.1 贵金属复合纳米结构
最早研究的单一金属材料不具备足够的稳定性，所以引进了多种不同的金属材料组成复合结构。经过研究表明多种金属材料复合结构可以同时拥有两种或多种组成金属的化学性质，甚至可能会由于协同作用而具有更优的性质。因为贵金属纳米颗粒具有LSPR效应，可以对光有很强的吸收作用，所以贵金属纳米颗粒可以灵敏的捕捉到其周围环境的折射率[1]。这种性质可以被应用于局域表面等离子体传感技术中[2]。
1.2 金属-电介质材料复合纳米结构
随着科学家们的进一步研究，发现贵金属复合材料的化学稳定性较差以及成本较高，为了避免这些缺点，考虑在复合结构中加入非金属材料起辅助功能，实验表明金属材料和电介质材料合理的复合结构可以表现出比单一纯金属结构更好的光学性质。
1.3 金属-导体复合纳米结构
导体材料因为具有优良的导电性和相容性，所以被广泛的应用到传感器的研究中。科学家们想到了把石墨烯这种导体材料和金属材料结合形成新的复合结构。这是因为石墨烯具有极大的比表面积、柔韧性和极强的吸附能力，可以作为与金属纳米材料结合形成复合结构的支撑材料，很好的避免了金属纳米结构本身的团聚，从而保持较大的表面积和良好的化学性质[3]。这一特性可以完美的应用于SPR检测传感器中，提高SPR传感器的稳定性和灵敏度[4]。
1.4 金属-半导体复合纳米结构
金属-半导体组成的复合纳米结构与其对应的单体相比具有灵敏度高、响应速度快、便于智能化等独特的性能，所以金属-半导体复合纳米材料可以应用于非线性光电子器件的设计领域[5]。根据非线性效应，可以通过合理设计金属-半导体复合材料的结构获得性能较好的器件。
二、金属-介质复合纳米结构的应用
近些年，金属-介质复合纳米结构传感器常被应用于各种污染物的检测和分析。由于金属-介质复合纳米结构具有表面增强拉曼散射光谱属性，所以可以有效地检测有毒污染物。同时又可以利用贵金属表面等离子体共振特性来开发便携式的SPR分析仪，与免疫检测技术相结合实时检测环境的质量，起到环保的作用[6]。
金属-介质复合纳米结构也常被应用于生物传感器的应用领域[7]。引入这种复合结构可以提高生物传感器的各方面性能。通过利用复合结构具有纳米尺寸，可以准确并且快速的对细胞等微小物实现检测。这样就可以对一些严重的疾病实现尽早的诊断。
此外，金属-介质复合纳米结构的还应用在很多光子器件的制备上。例如：光学传感器、分束器、干涉器、谐振器、微纳光纤、纳米天线等。
其原理是利用在纳米尺度下，不同的材料在不同的环境下可以表现出奇特的光、电、磁等多方面物理性质，这可以使构成光子器件得到性能的提升[8~9]。
总之，金属-介质复合纳米结构结构因为其灵敏度很高以及环境折射率高，所以该结构可以应用在所有需要传感器的领域。因此,在很大程度上满足了市场对传感器的迫切需求和更高要求。
参考文献：
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[4] Zeynab Sadeghi,Hossein Shirkani. Highly sensitive mid-infrared SPR biosensor for a wide range of biomolecules and biological cells based on graphene-gold grating[J]. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures,2020,119.
[5] Yu Cai, Chengbao Yao, Jie Yuan, et al. Enhancement of Photoelectrochemical Performance of Ag@ZnO Nanowires: Experiment and Mechanism. 2020, 2020
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[7] Li Can,Li Zhen,Li Shuanglu,Zhang Yanan,Sun Baoping,Yu Yuehao,Ren Haiyang,Jiang Shouzhen,Yue Weiwei. LSPR optical fiber biosensor based on a 3D composite structure of gold nanoparticles and multilayer graphene films.[J]. Optics express,2020,28(5).