CN101634676A - 电磁波信号检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁波信号检测方法，包括以下步骤：提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管；通过该碳纳米管结构吸收一电磁波信号，使该碳纳米管结构发热，并加热周围介质发出声波；以及根据所述碳纳米管结构发出声波的强度判断所述电磁波信号的强度。另外本发明还涉及一种电磁波信号检测装置。

Description

电磁波信号检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及一种电磁波信号检测方法及检测装置，尤其涉及一种基于碳纳米管的电磁波信号检测方法及检测装置。

背景技术

偏振方向及强度是电磁波具有的两个重要性质。现有技术中检测可见光信号的偏振方向的方法一般为在一束光的传播路径上放置一偏振片，旋转该偏振片并观察通过偏振片的光信号的投影的亮度变化。当亮度最大时，光信号的偏振方向与偏振片的偏振方向平行，当亮度最小时，光信号的偏振方向与偏振片方向垂直。现有技术中检测可见光信号的强度一般通过直接观察该可见光信号的亮度判断。然而，对于人眼无法感知的红外光、紫外光或其他波长的电磁波信号的偏振方向，则无法直接通过观察光信号投影的亮度变化对其进行检测。该不可见光或其他波长的电磁波信号的强度也无法通过直接观察法判断。一般的，当被检测的光信号为红外光、紫外光或其他波长的电磁波时，须经过在偏振片偏振后的光路上设置一光电传感器，从而将光信号转变为电信号，进而得到光随偏振片旋转角度变化产生的强度变化。然而这种方法需要涉及大量光学及电子器件，较为复杂。另外，现有的偏振片一般只对某一波段的电磁波(如微波、红外光、可见光、紫外光等)具有良好的偏振性能，无法对各种波长的电磁波具有均一的偏振吸收特性。因此，当待测电磁波信号的波长变化时，需要使用不同的偏振片对其进行检测。

光声效应是指当物质受到周期性强度调制的光照射时，会产生声音信号的现象。当物质受到光照射时，物质因吸收光能而受激发，并通过非辐射使吸收的光能全部或部分转变为热。如果照射的光束经过周期性的强度调制，则在物质内产生周期性的温度变化，使这部分物质及其邻近的媒质热胀冷缩而产生应力(或压力)的周期性变化，因而产生声音信号，此种声音信号也称为光声信号。光声信号的频率与光调制频率相同，其强度和相位则决定于物质的光学、热学、弹性和几何的特性。目前，利用光声效应制造的光声谱仪及光声显微镜已经被广泛应用于物质组分分析检测领域。然而，普通材料受到光吸收能力的限制，产生的光声信号强度较弱，且频率范围在兆赫兹以上，只能通过麦克风或压电传感器等换能装置探测其强度的变化，因此，现有技术中还没有利用光声效应对电磁波信号的强度及偏振方向进行直接检测的方法。

自九十年代初以来，以碳纳米管(请参见Helical microtubules of graphiticcarbon，Nature，Sumio Iijima，vol 354，p56(1991))为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。然而，现有技术中却尚未发现碳纳米管作为发声元件用于电磁波信号检测领域。

发明内容

因此，确有必要提供一种电磁波信号检测方法及检测装置，该电磁波信号检测方法简单，可直接通过检测装置发出的声音判断电磁波信号的强度和偏振方向。

一种电磁波信号检测方法，包括以下步骤：提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管；通过该碳纳米管结构吸收一电磁波信号，使该碳纳米管结构发热，并加热周围介质发出声波；以及根据所述碳纳米管结构发出声波的强度判断所述电磁波信号的强度。

一种电磁波信号检测装置，其包括：一声电转换装置；一电信号测量装置，该电信号测量装置与该声电转换装置电连接；其中，该电磁波信号检测装置进一步包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该碳纳米管结构通过吸收一电磁波信号加热介质发出声波，该声电转换装置设置于碳纳米管结构附近，将碳纳米管结构产生的声波转换为电信号，该电信号测量装置测量所述电信号。

一电磁波信号检测装置，其包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该碳纳米管结构通过吸收一电磁波信号加热介质发出声波。

与现有技术相比较，所述电磁波信号检测方法及检测装置具有以下优点：其一，所述电磁波信号检测方法将碳纳米管结构作为电磁波信号检测装置，仅通过改变碳纳米管结构的角度，即可判断待测电磁波信号的偏振方向，仅通过该碳纳米管结构发声强弱，即可判断待测电磁波信号的强度，因此，该电磁波信号的检测方法简单易行。其二，由于所述电磁波信号检测检测装置可仅由碳纳米管结构组成，结构简单，有利于降低电磁波信号检测的成本。其三，由于碳纳米管对于各种波长的电磁波有均一的吸收特性，故采用碳纳米管结构作为电磁波信号检测装置，可以用于检测各种波长的电磁波的偏振方向。其四，所述电磁波信号检测装置可将所述碳纳米管结构发出的声波转换为电信号，并测定该电信号的电压变化，从而可以精确的测定该电磁波信号的强度及偏振方向。

附图说明

图1是本发明实施例电磁波信号检测方法的流程图。

图2是本发明实施例电磁波信号检测方法的过程示意图。

图3是本发明实施例电磁波信号检测装置中采用的一种碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图4是图3的碳纳米管膜中碳纳米管片段的结构示意图。

图5是本发明实施例电磁波信号检测装置中采用的另一种碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图6是本发明实施例电磁波信号检测装置中非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图7是本发明实施例电磁波信号检测装置中扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图8是本发明实施例电磁波信号检测装置结构示意图。

图9是本发明实施例电磁波信号产生声波的声压曲线。

图10是本发明实施例电磁波信号偏振方向与声波强度的关系。

图11是本发明实施例电磁波信号强度与声波强度的关系。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的电磁波信号检测方法及检测装置。

请一并参阅图1及图2，本发明实施例电磁波信号检测方法主要包括以下几个步骤：

(一)制备一电磁波信号检测装置120，该电磁波信号检测装置120包括一碳纳米管结构114以及一支撑结构116。该碳纳米管结构114通过该支撑结构116支撑。该碳纳米管结构114包括多个碳纳米管基本平行于该碳纳米管结构114表面。优选地，该碳纳米管结构114由多个基本平行于碳纳米管结构114表面的碳纳米管组成。当该电磁波信号检测装置120用于检测电磁波信号118的偏振方向时，该碳纳米管结构114中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。该碳纳米管结构114与一介质接触。该介质可以为气体或液体。其具体包括以下步骤：

首先，提供一支撑结构116；

其次，提供一碳纳米管结构114；

最后，将该碳纳米管结构114设置于该支撑结构116上，并通过该支撑结构116支撑。

所述碳纳米管结构114能够通过吸收一电磁波信号发出声音。具体地，该碳纳米管结构114具有一较大的比表面积，以及一较小的单位面积热容。优选地，该比表面积可大于50平方米每克，该单位面积热容可以小于2×10^-4J/m²·K。进一步地，该单位面积热容可以小于1.7×10^-6J/m²·K。该碳纳米管结构114包括大量碳纳米管通过范德华力相互吸引。该碳纳米管结构114可为一膜状结构，该膜状结构的厚度为0.5纳米～1毫米。该膜状结构包括一个碳纳米管膜，多个并排或层叠的碳纳米管膜，或多个并排或编织的碳纳米管线状结构。该碳纳米管结构114也可为一线状结构，该线状结构包括一个或多个碳纳米管线。该多个碳纳米管线可相互并排或相互扭转。该线状结构的直径可以为0.5纳米～1毫米。

上述碳纳米管结构114中的碳纳米管可为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。

所述具有大比表面积及小单位面积热容的碳纳米管结构114的制备方法包括但不限于以下几种方法。

所述碳纳米管结构114的制备方法一包括以下步骤：

步骤一：提供一碳纳米管阵列，优选地，该阵列为超顺排碳纳米管阵列。

本发明实施例提供的碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列及多壁碳纳米管阵列中的一种或多种。本实施例中，该超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：(a)提供一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅基底，本实施例优选为采用4英寸的硅基底；(b)在基底表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的基底在700～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d)将处理过的基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500～740℃，然后通入碳源气体反应约5～30分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列，其高度为50纳米～5毫米。该超顺排碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。通过上述控制生长条件，该超顺排碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。该碳纳米管阵列中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。该碳纳米管阵列的生长面积与上述基底面积基本相同。

本实施例中碳源气可选用乙炔、乙烯、甲烷等化学性质较活泼的碳氢化合物，本实施例优选的碳源气为乙炔；保护气体为氮气或惰性气体，本实施例优选的保护气体为氩气。

可以理解，本实施例提供的碳纳米管阵列不限于上述制备方法。也可为石墨电极恒流电弧放电沉积法、激光蒸发沉积法等。

步骤二：采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取获得至少一层碳纳米管膜。其具体包括以下步骤：(a)从所述超顺排碳纳米管阵列中选定一个或具有一定宽度的多个碳纳米管，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带、镊子或夹子接触碳纳米管阵列以选定一个或具有一定宽度的多个碳纳米管；(b)以一定速度拉伸该选定的碳纳米管，从而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管膜。该拉取方向沿基本垂直于碳纳米管阵列的生长方向。

在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片断分别与其它碳纳米管片断首尾相连地连续地被拉出，从而形成一连续、均匀且具有一定宽度的碳纳米管膜。该碳纳米管膜包括多个择优取向排列的碳纳米管。具体地，该碳纳米管膜包括多个沿同一方向择优取向且基本平行于碳纳米管膜表面排列的碳纳米管。所述碳纳米管通过范德华力首尾相连，以形成一自支撑的碳纳米管膜。具体地，请参阅图3及图4，每一碳纳米管膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段143。该多个碳纳米管片段143通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段143包括多个相互平行的碳纳米管145，该多个相互平行的碳纳米管145通过范德华力相互吸引。该碳纳米管片段143具有任意的宽度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管膜的厚度为0.5纳米～100微米，宽度与拉取该碳纳米管膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。该碳纳米管膜的比表面积大于100平方米每克。

可以理解，该碳纳米管膜可单独作为该碳纳米管结构114使用，另外，可以重复上述碳纳米管膜的制备过程，获得多个碳纳米管膜，并将该多个碳纳米管膜相互层叠从而形成一自支撑的碳纳米管结构114。当该电磁波信号检测装置120用于检测电磁波信号118的偏振方向时，该多个碳纳米管膜应沿同一方向相互层叠，从而使该碳纳米管结构114中的碳纳米管沿相同方向择优取向排列。

所述碳纳米管结构114的制备方法二具体包括以下步骤：

步骤一：提供一基底。

所述基底为一耐高温基板，其材料不限，只要确保其熔点高于所述碳纳米管的生长温度即可。本发明实施例中，所述基底为一方形硅基底，该硅基底的长度和宽度均为30厘米。

步骤二：在所述基底表面形成至少一带状催化剂薄膜。

所述带状催化剂薄膜用于生长碳纳米管。该带状催化剂薄膜的材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一。本实施例中，所述带状催化剂薄膜的材料为铁。所述带状催化剂薄膜可通过热沉积法、电子束沉积法或溅射法形成于所述基底表面。可以理解，可以在基底表面形成多个平行排列的带状催化剂薄膜，相邻两个带状催化剂薄膜的间距小于或等于在带状催化剂薄膜上生长的碳纳米管阵列的高度。优选地，所述多个带状催化剂薄膜之间的间距为10微米-10毫米，所述带状催化剂薄膜的宽度为1微米-20微米。

步骤三：采用化学气相沉积法生长至少一带状碳纳米管阵列，其具体包括以下步骤：

将上述形成有至少一带状催化剂薄膜的基底放入一反应室中；

通入保护气体，将反应室内的空气排出；

在保护气体环境下将反应室加热至600℃～900℃，并保持恒温；

通入流量比为1∶30～1∶3的碳源气及载气，反应5～30分钟，生长碳纳米管；

停止通入碳源气，碳纳米管停止生长，同时停止加热，并降温，待降至室温后，将形成有至少一带状碳纳米管阵列的基底从反应室中取出。

所述保护气体为氮气或惰性气体。所述碳源气可选用乙醇、乙炔、乙烯等化学性质较活泼的碳氢化合物。所述载气为氢气。通入碳源气的流量为20～200sccm，载气的流量为50～600sccm。在停止通入碳源气后，要继续通入保护气体，直到反应室温度降为室温，以防止生长的碳纳米管被氧化。

本实施例中，所述保护气体为氩气，碳源气为乙炔，反应温度为800℃，碳纳米管的生长时间为60分钟。

所述带状碳纳米管阵列的生长高度随生长时间的延长而增加。本发明实施例中，所述带状碳纳米管阵列的生长高度可达1毫米～10毫米。所述带状碳纳米管阵列为由多个长度较长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。通过控制生长条件，如生长温度，碳源气和载气的流量比等，该带状碳纳米管阵列中的碳纳米管基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。

步骤四：沿垂直于所述带状碳纳米管阵列的长度方向对该带状碳纳米管阵列施加一力的作用，使带状碳纳米管阵列中的碳纳米管沿垂直于所述带状碳纳米管阵列的长度方向倾倒，在基底表面形成一碳纳米管膜。所述带状碳纳米管阵列的长度方向即上述带状催化剂薄膜的长度方向。

步骤四可通过以下三种方式实现：方式一，采用有机溶剂处理法处理所述带状碳纳米管阵列，形成一个或多个带状碳纳米管膜。方式二，使用机械外力处理法处理所述带状碳纳米管阵列，形成一个或多个带状碳纳米管膜。方式三，使用气流处理法处理所述带状碳纳米管阵列，形成一个或多个带状碳纳米管膜。

方式一具体包括以下步骤：提供一盛有有机溶剂的容器；将形成有带状碳纳米管阵列的基底浸入盛有有机溶剂的容器中；以及将所述基底沿垂直于所述带状碳纳米管阵列的长度方向从有机溶剂中取出，所述碳纳米管阵列在有机溶剂表面张力的作用下倾倒，粘附在所述基底表面；使有机溶剂挥发，形成带状碳纳米管膜。所述有机溶剂可选用挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。所形成的带状碳纳米管膜在挥发性有机溶剂的表面张力的作用下，可贴附在所述基底表面，且表面体积比减小，粘性降低，具有良好的机械强度及韧性。

方式二具体包括以下步骤：提供一压头；以及将该压头沿垂直于所述带状碳纳米管阵列的长度方向碾压所述碳纳米管阵列，碳纳米管沿垂直于所述带状碳纳米管阵列的长度方向倾倒，形成带状碳纳米管膜。所述压头为滚轴状压头。所述机械外力的施加装置不限于上述压头，也可为一具有一定平整表面的其它装置，只要能使所述碳纳米管阵列中的碳纳米管沿垂直于所述带状碳纳米管阵列的长度方向倾倒即可。在压力的作用下，所述碳纳米管阵列可与生长的基底分离，从而形成由多个碳纳米管组成的具有自支撑结构的带状碳纳米管膜。

方式三具体包括以下步骤：提供一风机，该风机可产生一气流；以及将该风机沿垂直于所述带状碳纳米管阵列的长度方向施加一气流于所述带状碳纳米管阵列，碳纳米管沿垂直于所述带状碳纳米管阵列的长度方向倾倒，形成带状碳纳米管膜。所述气流的施加装置不限于上述风机，可为任何可产生气流的装置。

请参阅图5，该带状碳纳米管膜中的碳纳米管为相互平行且并排设置，相邻两个碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。所述多个碳纳米管具有大致相等的长度，且其长度可达到毫米量级。该带状碳纳米管膜的长度可与碳纳米管的长度相等，故至少有一个碳纳米管从带状碳纳米管膜的一端延伸至另一端，从而跨越整个带状碳纳米管膜。该带状碳纳米管膜的长度受碳纳米管的长度的限制。本实施例中，碳纳米管的长度为1毫米至10毫米。

可以理解，该一个带状碳纳米管膜可作为所述碳纳米管结构114使用，另外，当在所述基底表面形成多个相互平行的催化剂薄膜，从而生长多个相互平行的碳纳米管阵列时，由于碳纳米管阵列间的距离小于或等于碳纳米管阵列的高度，经过步骤四对所述碳纳米管阵列的处理后形成的多个带状碳纳米管膜相互并列或部分交叠设置，从而形成一碳纳米管结构114。

本实施例中，所制备的带状碳纳米管膜的密度，即单位面积上含有碳纳米管的量，与上述带状催化剂薄膜的宽度有关。所述带状催化剂薄膜的宽度越大，所制备的带状碳纳米管膜的密度则越大；反之，所述带状催化剂薄膜的宽度越小，所制备的带状碳纳米管膜的密度则越小。可以理解，通过控制带状催化剂薄膜的宽度，即可控制所制备的带状碳纳米管膜的密度。本实施例中，所述带状催化剂薄膜的宽度为1微米-20微米。当碳纳米管膜的密度较大时，上述碳纳米管结构114可以为一自支撑的碳纳米管结构114。

所述碳纳米管结构114的制备方法三具体包括以下步骤：

首先，提供一生长基底及一接收基底，该生长基底表面形成有一单分散性催化剂层；其次，将所述生长基底和接收基底放入一反应室中，且使所述生长基底和接收基底间隔并排设置，在保护气体环境下将生长基底加热到碳纳米管的生长温度，通入碳源气，沿着碳源气的气流的方向生长碳纳米管，在所述接收基底表面形成一碳纳米管结构114。

所述催化剂的材料可为铁、钴、镍或其任意组合的合金材料，或金属盐的单分散性溶液或者金属的单分散性溶液。当选用铁、钴、镍或其任意组合的合金材料制备单分散性催化剂层时，可采用沉积方法将催化剂材料沉积到生长基底表面；当选用金属盐的单分散性溶液或者金属的单分散性溶液制备单分散性催化剂层，可将金属盐或者金属的单分散性溶液涂敷于生长基底上，烘干后即形成所述催化剂层。

所述生长基底为一耐高温基板，其材料不限，只要确保其熔点高于所述碳纳米管的生长温度即可。所述接收基底为一具有平整表面的硬性基底，其材料不限，且应具有一定耐高温性能。所述生长基底及接收基底的形状不限，可为方形、圆形等任何形状。

所述碳纳米管的生长温度为600℃～1000℃。所述碳源气的气流方向与接收基底表面平行，并且，所述气流沿生长基底至接收基底流动。当通入碳源气后，在生长基底表面催化剂颗粒的作用下开始生长碳纳米管。碳纳米管一端固定于生长基底上，另一端不断生长。由于催化剂层包括多个单分散性催化剂颗粒，所以生长的碳纳米管不会很密，从而使得部分碳纳米管可以长成为长度较长的碳纳米管。将所述碳源气从靠近生长基底处通入，随着碳源气的不断通入，生长的碳纳米管随着碳源气漂浮于接收基底上空。该生长机理称作“放风筝机理”。所述碳纳米管的生长时间与所要制备的碳纳米管的长度有关。本实施例中，生长时间为30分钟时，所生长出的碳纳米管的长度可达8厘米。当停止通入碳源气，碳纳米管停止生长，平行且间隔的形成于接收基底上，形成一碳纳米管膜。

通过方法三形成的碳纳米管膜包括多个基本相互平行且并排设置的碳纳米管。相邻两个碳纳米管之间的距离为0～50微米。所述碳纳米管膜的长度为碳纳米管的长度，优选地，所述碳纳米管膜的长度为1微米～30毫米。

进一步地，为了提高所生长出的碳纳米管膜中碳纳米管的密度，可通过更换新的生长基底或将原生长基底取出清洗后沉积新的催化剂薄膜的方式来实现碳纳米管的多次生长，在已经形成有碳纳米管膜的接收基底上再次形成多个碳纳米管膜，进而提高接收基底上的碳纳米管膜的密度。所述碳纳米管膜包括多个沿同一方向排列的碳纳米管，且碳纳米管之间通过范德华力紧密结合形成一自支撑的碳纳米管结构114。

由于碳纳米管本身的比表面积非常大，故以上述步骤形成的碳纳米管膜本身具有较强的粘性。因此，可以将碳纳米管膜直接黏附于支撑结构116表面。进一步地，所述支撑结构116与所述碳纳米管膜间还可以通过粘结剂相互黏结，从而使所述碳纳米管膜更好地固定在支撑结构116上。

可以理解，可将多层碳纳米管膜沿相同的方向层叠黏附于所述支撑结构116上。该多层碳纳米管膜之间由于范德华力紧密连接形成一稳定的碳纳米管结构114。该碳纳米管膜的层数不限，具体可依据实际需求制备。另外，当该多层碳纳米管膜相互层叠从而形成一自支撑的碳纳米管结构114时，所述提供一支撑结构116，以及黏附碳纳米管结构114于支撑结构116的步骤可以省略。当所述碳纳米管膜为通过方法二形成时，则可将所述接收基底作为一支撑结构116，此时，所述提供一支撑结构116，以及黏附碳纳米管结构114于支撑结构116的步骤也可以省略。

所述碳纳米管结构114的制备方法四包括以下步骤：

步骤一，提供一从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜。

该从碳纳米管阵列中拉取获得碳纳米管膜的方法与方法一相同。进一步地，可进一步将多个从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜沿相同的方向相互层叠。

步骤二，处理该碳纳米管膜，获得一碳纳米管线。

该碳纳米管线可以为扭转的碳纳米管线或非扭转的碳纳米管线。

当该碳纳米管线为非扭转的碳纳米管线时，该步骤二进一步包括一将所述碳纳米管膜通过有机溶剂处理的步骤。具体地，将有机溶剂浸润所述碳纳米管膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。请参阅图6，该非扭转的碳纳米管线包括多个基本平行于碳纳米管线长度方向排列的碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连。

当该碳纳米管线为扭转的碳纳米管线时，该步骤二进一步包括一采用将所述碳纳米管膜两端沿相反方向相对扭转的步骤。请参阅图7，该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。

可以理解，该碳纳米管线可单独作为一碳纳米管结构114使用，另外，本方法四可进一步包括将多个碳纳米管线相互并排，扭转或编织形成一碳纳米管结构114的步骤。

另外，在通过上述各种方法形成碳纳米管结构114后，可进一步包括使用有机溶剂处理上述碳纳米管结构114的步骤。具体地，可通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管结构114的表面浸润整个碳纳米管结构114。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。该碳纳米管结构114经有机溶剂浸润处理后，在挥发性有机溶剂的表面张力的作用下，该碳纳米管结构114可牢固地贴附在支撑结构116表面，且表面体积比减小，粘性降低，具有良好的机械强度及韧性。

可以理解，当该碳纳米管结构114为膜状时，其厚度不能太厚，太厚则影响碳纳米管与周围气体介质进行热交换，从而影响该碳纳米管结构114的发声效果。另外，该碳纳米管结构114的厚度不能太薄，太薄则该碳纳米管结构114强度较差，在发声过程中容易损坏。本发明实施例中，所述碳纳米管结构114为一从碳纳米管阵列拉取获得的碳纳米管膜，其长度为3厘米，宽度为3厘米，厚度为2纳米。

所述支撑结构116主要起支撑作用，其形状不限。具体地，该支撑结构116可以为一平面或曲面结构，并具有一表面。此时，该碳纳米管结构114直接设置并贴合于该支撑结构116的表面上。由于该碳纳米管结构114整体通过支撑结构116支撑，因此该碳纳米管结构114可以承受强度较高的电磁波信号118输入，从而具有较高的发声强度。另外，该支撑结构116也可以为一框架结构、杆状结构或不规则形状结构。此时，该碳纳米管结构114部分与该支撑结构116相接触，其余部分悬空设置。此种设置方式可以使该碳纳米管结构114与空气或周围介质更好地进行热交换。该碳纳米管结构114与空气或周围介质接触面积更大，热交换速度更快，因此具有更好的发声效率。

该支撑结构116的材料不限，可以为一硬性材料，如金刚石、玻璃或石英。另外，所述支撑结构116还可为一柔性材料，如塑料或树脂。优选地，该支撑结构116的材料应具有较好的绝热性能，从而防止该碳纳米管结构114产生的热量过度的被该支撑结构116吸收，无法达到加热周围气体或液体介质发声的目的。另外，该支撑结构116可具有一较为粗糙的表面，从而可以使设置于上述支撑结构116表面的碳纳米管结构114与空气或其他外界介质具有更大的接触面积。或者，该支撑结构116表面可具有一凹部，如一通孔或盲孔，该碳纳米管结构114覆盖该凹部处悬空，从而增加与空气或其它介质的接触面积。

可以理解，上述碳纳米管结构114为一自支撑结构时，该支撑结构116为一可选择结构。

(二)通过该碳纳米管结构吸收一电磁波信号，使该碳纳米管结构114发热，并加热周围介质发出声波。

具体地，可以提供一电磁波信号源112，并发射一电磁波信号118传递至所述碳纳米管结构114表面，该碳纳米管结构114通过吸收该电磁波信号118发热，加热介质发出声波。

该电磁波信号源112与所述电磁波信号检测装置120间隔设置。进一步地，该电磁波信号源112应与该电磁波信号检测装置120相对设置，从而使从该电磁波信号源112产生的电磁波信号118可以传递至电磁波信号检测装置120的碳纳米管结构114表面。优选地，该电磁波信号118正对碳纳米管结构114入射，该电磁波信号118的前进方向与该碳纳米管结构114的表面垂直。当该电磁波信号源112与该电磁波信号检测装置120间隔较远距离且电磁波，特别是光波的传输受物体阻挡时，该电磁波信号源112发出的电磁波信号112可进一步通过一光纤传递至电磁波信号检测装置120的碳纳米管结构114表面。

该电磁波信号源112可以发出强度或频率可变的电磁波，形成一电磁波信号118。该电磁波信号118的强度或频率可不断变化，从而能够使碳纳米管结构114吸收该电磁波信号118间歇加热空气，使空气不断膨胀收缩，进而持续发出声音。该电磁波信号118的频率范围包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、微波、X射线及γ射线等。优选的，该电磁波信号源112为一光信号源，所发出的电磁波信号118可以为一光信号，该光信号的波长包括从紫外至远红外波长的各种光波。该电磁波信号118的平均功率密度在1μW/mm²～20W/mm²范围内。可以理解，该电磁波信号118的强度不能太弱，太弱则无法使碳纳米管结构114充分加热周围空气发出声音，并且，该电磁波信号118的强度不能太强，太强使碳纳米管结构114与空气中的氧发生反应，从而破坏该碳纳米管结构114。优选地，该电磁波信号源112为一脉冲激光发生器。

由于碳纳米管对电磁波的吸收接近绝对黑体，从而使碳纳米管对于各种波长的电磁波具有均一的吸收特性，故碳纳米管结构114对于各种波长的电磁波也有均一的偏振吸收性能。另外，该碳纳米管结构114具有较小的单位面积热容和较大的散热表面积。因此，碳纳米管结构114在吸收了如激光等电磁波的能量后温度迅速升高，并和周围的空气或其他介质进行迅速的热交换。当电磁波强度周期性变化时，碳纳米管结构114的温度相应周期性变化，从而使其周围的气体或液体介质也产生周期性的温度变化，造成周围空气或其他介质迅速的膨胀和收缩，从而发出声音。所述碳纳米管结构114由大量碳纳米管组成，具有较大的比表面积及较小的单位面积热容，故该碳纳米管结构114发出的声音可以直接被人耳感知。

(三)根据所述碳纳米管结构114发出声波的强度判断所述电磁波信号118的强度。

当该电磁波信号120的平均功率密度越大，该碳纳米管结构114的发声强度越强。故可以根据该碳纳米管结构114发出声音的大小判断该电磁波信号118的强度。

(四)旋转所述电磁波信号检测装置120中的碳纳米管结构114，根据所述碳纳米管结构114发出声波的强度变化判断所述电磁波信号118的偏振方向。

可以理解，该电磁波信号118为一偏振信号，如一偏振光，该碳纳米管结构114中的碳纳米管平行于碳纳米管结构114表面，且沿同一方向择优取向排列。

该碳纳米管结构114于碳纳米管结构114所在平面内进行旋转，通过旋转改变碳纳米管结构114中的碳纳米管的排列方向与电磁波信号118的偏振方向的夹角。具体地，所述电磁波信号检测装置120可以放置于一转盘上，通过转动该转盘，使所述电磁波信号检测装置120产生转动。由于所述碳纳米管结构114中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列，当电磁波信号118入射时，振动方向平行于碳纳米管长度方向的电磁波信号118被吸收，垂直于碳纳米管长度方向的电磁波信号118能透过。当该电磁波信号118为偏振的电磁波信号118时，当偏振方向平行于碳纳米管长度方向时，该碳纳米管结构114对该电磁波信号118的吸收最强烈，发出的声音强度最大；当偏振方向垂直于碳纳米管长度方向时，该碳纳米管结构114对该电磁波信号118的吸收最微弱，发出声音强度最小。因此，在偏振的电磁波信号118照射至该碳纳米管结构114的同时，通过连续转动该电磁波信号检测装置120时，可以听到一强弱交替连续周期性变化的声音。为检测该电磁波信号118的偏振方向，该碳纳米管结构114的旋转角度最小为90度。当该声音强度达到最大时，根据此时碳纳米管结构114中碳纳米管的方向即可判断所述电磁波信号118的偏振方向。当该声音强度达到最小时，该电磁波信号118的偏振方向与此时碳纳米管的方向垂直。

本发明上述实施例提供了一种简易的定性判断电磁波信号118强度及偏振方向的方法。进一步地，为了定量的测定该电磁波信号118的偏振方向及电磁波信号118的强度，可进一步包括一能够定量测量该声波强度及其变化的步骤。

具体地，可以包括以下步骤：首先，在该碳纳米管结构114附近设置一声电转换装置130，并将该声电转换装置130与一电信号测量装置140电连接；其次，通过标准声源的电信号标定所述声波的强度。

该声电转换装置130可以将所述碳纳米管结构114发出的声音信号转换成电信号。该声电转换装置130应具有较高的灵敏度，具体可以为电容式传声器、声音信号探测器、高灵敏度麦克风、压力传感器等。本实施例中，该声电转换装置130为一电容式传声器。该电信号测量装置140可以对所述声电转换装置130产生的电信号的强度，如电压或电流，进行测量。

为定量测量该电磁波信号118，可以通过一已知强度的电磁波信号标定待测的电磁波信号118，进而得到待测电磁波信号118的强度。具体地，可以提供一强度I₀已知的电磁波信号，即标准声源，使所述碳纳米管结构114发声；通过上述声电转换装置130及电信号测量装置140测量碳纳米管结构114发出的声音对应产生的电信号的电压(标准电压V₀)；提供待测电磁波信号118，使碳纳米管结构114发声，并通过声电转换装置130及电信号测量装置140测量碳纳米管结构114发出的声音对应产生的电信号的电压(待测电压V)；将待测电压与标准电压进行比较，即可换算出待测电磁波信号118的强度I。换算公式为V/V₀＝I/I₀。

本发明中，该电信号测量装置140为一示波器。另外，该电信号测量装置140也可以为一电压表。可以理解，上述碳纳米管结构114、声电转换装置130及电信号测量装置140可以集成设置。

可以理解，如图8所示，所述电磁波信号检测装置120可进一步包括上述声电转换装置130及电信号测量装置140，从而形成一可定量测量所述电磁波信号的强度及偏振方向的电磁波信号检测装置120。上述声电转换装置130设置于碳纳米管结构114附近，并将该碳纳米管结构114发出的声音波转换成电信号。上述电信号测量装置140与声电转换装置130电连接，并测量声电转换装置130产生的电信号的电压值。该声电转换装置130应具有较高的灵敏度，具体可以为电容式传声器、声音信号探测器、高灵敏度麦克风或压力传感器等。本实施例中，所述声电转换装置130为一电容式传声器，所述电信号测量装置140为一电压表或示波器。

本发明实施例定量测量了所述碳纳米管结构114发出的声音信号的强度与所述碳纳米管结构114中碳纳米管的排列方向及电磁波信号118强度及偏振方向的关系。所述电磁波信号检测装置120中，碳纳米管结构114为一单层的从碳纳米管阵列中拉取的碳纳米管膜。

请参阅图9，当该电磁波信号118为一单脉冲飞秒激光时，该碳纳米管结构114吸收激光后产生的声音的声压-时间曲线如图9所示。该飞秒激光的波长为800纳米，该碳纳米管结构114发出的声压信号宽度约为10微秒～20微秒。

请参阅图10，当采用一偏振的脉冲激光照射至该碳纳米管结构114，并同时旋转该碳纳米管结构114时，该碳纳米管结构114发出的声音随旋转角度的改变而改变。图10中的横坐标为碳纳米管结构114中碳纳米管的排列方向与激光偏振方向的夹角。从图10中可以看出，当碳纳米管的排列方向与激光的偏振方向平行时，碳纳米管结构114发出的声音强度最大，当碳纳米管的排列方向与激光的偏振方向垂直时，碳纳米管结构114发出的声音强度最小。

请参阅图11，当采用不同强度的脉冲激光照射至该碳纳米管结构114时，该碳纳米管结构114发出声音的强度随激光功率的改变而改变。图11的横坐标为所述激光的脉冲功率。从图11中可以看到，当激光强度越强，碳纳米管结构114发出的声音的声压越大。

本发明实施例提供的电磁波信号检测方法及检测装置具有以下优点：其一，所述电磁波信号检测方法将碳纳米管结构作为电磁波信号检测装置，仅通过该碳纳米管结构发声强弱，即可判断待测电磁波信号的强度，当该碳纳米管结构中的碳纳米管择优取向排列时，仅通过旋转该碳纳米管结构，即可判断待测电磁波信号的偏振方向，因此，该电磁波信号的检测方法简单易行。其二，由于所述电磁波信号检测装置可仅由碳纳米管结构组成，结构简单，有利于降低电磁波信号检测的成本。其三，由于碳纳米管对于各种波长的电磁波有均一的吸收特性，故采用碳纳米管结构作为电磁波信号检测装置，可以用于检测各种波长的电磁波的偏振方向。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (25)

1.一种电磁波信号检测方法，包括以下步骤：

提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管；

通过该碳纳米管结构吸收一电磁波信号，使该碳纳米管结构发热，并加热周围介质发出声波；以及

根据所述碳纳米管结构发出声波的强度判断所述电磁波信号的强度。

2.如权利要求1所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述碳纳米管结构的制备方法包括以下步骤：

提供一碳纳米管阵列；以及

采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取获得至少一层碳纳米管膜，进而形成一碳纳米管结构。

3.如权利要求2所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述碳纳米管结构的制备方法进一步包括将该多层碳纳米管膜沿同一方向层叠设置，形成一碳纳米管结构。

4.如权利要求2所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述碳纳米管结构的制备方法进一步包括将所述碳纳米管膜通过一支撑结构支撑。

5.如权利要求2所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述碳纳米管结构的制备方法进一步包括一采用有机溶剂处理所述碳纳米管结构的步骤。

6.如权利要求1所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述碳纳米管结构的制备方法包括以下步骤：

提供一生长基底及一接收基底，该生长基底表面形成有一单分散性催化剂层；

将所述生长基底和接收基底放入一反应室中，且使所述生长基底和接收基底间隔并排设置；以及

在保护气体环境下将生长基底加热到600℃～1000℃，通入碳源气，沿着碳源气的气流的方向生长碳纳米管，在所述接收基底表面形成一碳纳米管结构。

7.如权利要求1所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述碳纳米管结构的制备方法包括以下步骤：

提供一基底；

在所述基底表面形成至少一个带状催化剂薄膜；

采用化学气相沉积法生长至少一个带状碳纳米管阵列；以及

处理所述至少一个带状碳纳米管阵列，使所述带状碳纳米管阵列中碳纳米管沿垂直于带状碳纳米管阵列长度方向倾倒，在基底表面形成一碳纳米管结构。

8.如权利要求7所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述在基底表面形成至少一个带状催化剂薄膜的步骤进一步包括在基底表面形成多个平行且间隔的带状催化剂薄膜，所述多个带状催化剂薄膜之间的间距为10微米-10毫米，所述带状催化剂薄膜的宽度为1微米-20微米。

9.如权利要求7所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述处理至少一个带状碳纳米管阵列的方法包括有机溶剂处理法、机械外力处理法或者气流处理法。

10.如权利要求1所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种，所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。

11.如权利要求1所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述电磁波信号为无线电波、红外线、可见光、紫外线、微波、X射线及γ射线中的一种或多种。

12.如权利要求1所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述电磁波信号为光信号，该光信号的波长范围为从紫外区至远红外区之间。

13.如权利要求1所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述电磁波信号为脉冲激光。

14.如权利要求1所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述电磁波信号的平均功率密度为1μW/mm²～20W/mm²。

15.如权利要求1所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述声波越大则电磁波信号的强度越强。

16.如权利要求1所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，进一步包括旋转所述电磁波信号检测装置中的碳纳米管结构，根据所述碳纳米管结构发出声波的强度变化判断所述电磁波信号的偏振方向，其中，该碳纳米管结构中的碳纳米管沿相同方向择优取向排列。

17.如权利要求16所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述旋转过程中，当所述声波强度达到最大时，所述电磁波信号的偏振方向平行于所述碳纳米管的排列方向。

18.如权利要求16所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述旋转过程中，当所述声波强度达到最小时，所述电磁波信号的偏振方向垂直于所述碳纳米管的排列方向。

19.如权利要求16所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述旋转的角度至少为90度。

20.如权利要求1或16所述的电磁波信号检测方法，其特征在于，所述电磁波信号检测方法进一步包括以下步骤：

设置一声电转换装置于所述碳纳米管结构附近，将声波转换为电信号；

将该声电转换装置与一电信号测量装置电连接，测量该电信号；以及

通过标准声源的电信号标定所述声波的强度。

21.一种电磁波信号检测装置，其包括：

一声电转换装置；

一电信号测量装置，该电信号测量装置与该声电转换装置电连接；

其特征在于，该电磁波信号检测装置进一步包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该碳纳米管结构通过吸收一电磁波信号加热介质发出声波，该声电转换装置设置于碳纳米管结构附近，将碳纳米管结构产生的声波转换为电信号，该电信号测量装置测量所述电信号。

22.如权利要求21所述的电磁波信号检测装置，其特征在于，所述声电转换装置包括电容式传声器、声音信号探测器、高灵敏度麦克风或压力传感器，所述电信号测量装置包括电压表或示波器。

23.如权利要求21所述的电磁波信号检测装置，其特征在于，该碳纳米管结构中的碳纳米管基本平行于该碳纳米管结构表面且沿同一方向择优取向排列。

24.一电磁波信号检测装置，其包括一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该碳纳米管结构通过吸收一电磁波信号加热介质发出声波。

25.如权利要求24所述的电磁波信号检测装置，其特征在于，该碳纳米管结构中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。

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