CN110208186B - 一种微纳光学结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种光学微纳结构，包括第一金属条、第二金属条、第三金属条和第四金属条，第二金属条一端垂直连接于第一金属条的一端，第三金属条垂直连接于第一金属条的另一端非端点位置，第二金属条与第三金属条位于第一金属条的同一侧方向，第四金属条一端垂直连接于第三金属条的另一端，第二金属条的另一端垂直连接于第四金属条另一端的非端点位置。本发明微纳光学结构具有手性，可以产生较大的圆二色性，在入射光的激励下，表面产生激发电场，对于左旋偏振光和右旋偏振光产生不同的吸收，形成磁偶极子与电偶极子，产生不同相位，从而产生圆二色信号，可与天然分子结合，以增强其手性，便于检测。

Description

一种微纳光学结构
技术领域
本发明涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种微纳光学结构。
背景技术
圆二色光谱(简称CD)是应用最为广泛的测定蛋白质二级结构的方法，是研究稀溶液中蛋白质构象的一种快速、简单、较准确的方法。它可以在溶液状态下测定，较接近其生理状态。而且测定方法快速简便，对构象变化灵敏，所以它是目前研究蛋白质二级结构的主要手段之一，并已广泛应用于蛋白质的构象研究中。
但是目前天然分子的圆二色信号很微弱，这时候就需要人为设计一些人工微纳结构通过链接剂与其结合，以增强其圆二色性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是如何设计一种可以产生圆二色性的人造微纳结构的技术问题。
为此，本发明提供了一种微纳光学结构，包括第一金属条、第二金属条、第三金属条和第四金属条；所述第二金属条一端垂直连接于所述第一金属条的一端；所述第三金属条垂直连接于所述第一金属条的另一端非端点位置；所述第二金属条与所述第三金属条位于所述第一金属条的同一侧方向；所述第四金属条一端垂直连接于所述第三金属条的另一端；所述第二金属条的另一端垂直连接于所述第四金属条另一端的非端点位置。
进一步地，所述第一金属条与所述第四金属条完全相同；所述第二金属条与所述第三金属条完全相同。
进一步地，所述第一金属条与所述第二金属条组成第一L形结构；第三金属条与所述第四金属条组成第二L形结构；所述第一L形结构与所述第二L形结构中心对称。
进一步地，所述第一金属条、第二金属条、第三金属条和第四金属条外表面均涂覆有一层透明绝缘材料。
进一步地，所述第一金属条、第二金属条、第三金属条和第四金属条之间具有一矩形通孔。
进一步地，第一金属条和第二金属条之间固定连接，第三金属条和第四金属条之间固定连接。
进一步地，一种微纳光学结构的使用方法，具体包括以下步骤：
步骤1：测量微纳光学结构的圆二色信号并记录该信号对应的第二金属条和第三金属条之间的距离d1和该状态下的温度t1；
步骤2：将所需测量的热膨胀材料填充至矩形通孔内；
步骤3：将步骤2中填充有热膨胀材料的微纳光学结构置于恒压的密闭环境中，升温并静置至温度恒定；
步骤4：在步骤3的温度和压力下测量微纳光学结构的圆二色信号并记录该信号对应的第二金属条和第三金属条之间的距离d2和该状态下的温度t2；
步骤5：计算得出所需测量材料的热膨胀系数。
本发明的有益效果：
1.本申请实施例通过提供一种微纳光学结构，具有手性，可以产生较大的圆二色性，在入射光的激励下，本申请实施例微纳结构的表面产生激发电场，对于左旋偏振光和右旋偏振光产生不同的吸收，形成磁偶极子与电偶极子，产生不同相位，从而产生圆二色信号，可以与天然分子结合，以增强其手性，便于检测。
2.本申请实施例微纳结构，通过将待测量的热膨胀材料填充至本申请实施例微纳结构的矩形通孔中，改变环境温度，使得待测量材料受热膨胀，推动第二L形结构中的第三金属条和第四金属条水平移动，远离第二金属条，第二金属条和第三金属条之间的距离改变，其光学特性也随之改变，在入射光的照射下，表面激发电场发生变化，产生不同的圆二色信号，通过该状态下的圆二色信号CD即可得到所对应的第二金属条和第三金属条之间的距离d，然后通过第二金属条和第三金属条之间的距离d计算出所测热膨胀材料的体积变化，从而得到该测量材料的热膨胀系数，具有很强的实用性。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本申请实施例微纳光学结构示意图；
图2是本申请实施例微纳光学结构电荷分布图；
图3是本申请实施例微纳光学结构吸收光谱图一；
图4是本申请实施例微纳光学结构圆二色光谱图一；
图5是本申请实施例微纳光学结构吸收光谱图二；
图6是本申请实施例微纳光学结构圆二色光谱图二；
图7是本申请实施例微纳光学结构第二金属条与第三金属条之间不同距离d对应不同的圆二色信号曲线图。
图中：1、第一金属条；2、第二金属条；3、第三金属条；4、第四金属条。
具体实施方式
本申请实施例提供了本申请实施例通过提供一种微纳光学结构，具有手性，可以产生较大的圆二色性，在入射光的激励下，本申请实施例微纳结构的表面产生激发电场，对于左旋偏振光和右旋偏振光产生不同的吸收，形成磁偶极子与电偶极子，产生不同相位，从而产生圆二色信号，可以与天然分子结构，以增强其手性，便于检测，具有很强的实用性。
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1：
为增强天然分子的圆二色性，本申请实施例提供了一种微纳光学结构，如图1所示，包括第一金属条1、第二金属条2、第三金属条3和第四金属条4，第二金属条2一端垂直连接于第一金属条1的一端，第三金属条3垂直连接于第一金属条1的另一端非端点位置，第二金属条2与第三金属条3位于第一金属条1的同一侧方向。第四金属条4一端垂直连接于第三金属条3的另一端，第二金属条2的另一端垂直连接于第四金属条4另一端的非端点位置。
本申请实施例通过提供一种微纳光学结构，具有手性，可以产生较大的圆二色性，在入射光的激励下，本申请实施例微纳结构的表面产生激发电场，对于左旋偏振光和右旋偏振光产生不同的吸收，形成磁偶极子与电偶极子，产生不同相位，从而产生圆二色信号，可以与天然分子结构，以增强其手性，便于检测。
具体而言：第一金属条1与第四金属条4完全相同，第二金属条2与第三金属条3完全相同，第一金属条1与第二金属条2组成第一L形结构，第三金属条3与第四金属条4组成第二L形结构，第一L形结构与第二L形结构中心对称。第一金属条1、第二金属条2、第三金属条3和第四金属条4之间具有一矩形通孔。所述第一金属条1、第二金属条2、第三金属条3和第四金属条4均由贵金属材料制成，如金、银等，特别的，本实施例选用银材料。
第一金属条1和第二金属条2之间固定连接，第三金属条3和第四金属条4之间固定连接。具体的，在制备过程中，第一金属条1和第二金属条2之间通过PMMA光刻胶连接，第三金属条3和第四金属条4之间通过PMMA光刻胶连接，其他金属条连接处均可活动连接。
实施例2：
为进一步说明实施例1一种微纳光学结构的圆二色特性，如图3-图6所示，本实施例公开了其吸收光谱图和圆二色光谱图。
如图1所示，本实施例设定微纳光学结构厚度h＝40nm；第一金属条1长度l1＝第二金属条2长度l2＝第三金属条3长度l3＝第四金属条4长度l4＝100nm；第一金属条1宽度W1＝第二金属条2宽度W2＝第三金属条3宽度W3＝第四金属条4宽度W4＝20nm；第二金属条2和第三金属条3之间的间距d＝10nm。
如图2为本实施例的电荷分布图，从图2中我们可以看出，当左旋偏振光(LCP)照射时，正电荷主要集中在第三金属条3上，负电荷主要集中在第二金属条2上，偶极子的振动方向沿第二金属条2和第三金属条3之间的矩形通孔振动；当右旋偏振光(RCP)照射时，正电荷主要集中在第一金属条1上，负电荷主要集中在第四金属条4上，偶极子的振动方向在第一金属条1和第四金属条4之间振动，两种情况的偶极子共振方向不同，导致CD最大。
通过光谱仪测得其光学信号如图3和图4所示，图3为该物理参数下的吸收光谱图，图4为该物理参数下的圆二色光谱图，在波长λ＝900nm时出现一个CD信号，A+＝0.12225，A-＝0.47147，CD＝-0.34922。平面光学信号易于制备，但其圆二色信号比较小，一般为0.1左右，本实施例微纳光学结构为平面结构，但圆二色信号达到了-0.34，信号较强，手性更强。
如图1所示，保持第一金属条1和第二金属条2位置不变，水平移动第三金属条3和第四金属条4，使得第二金属条2和第三金属条3之间的间距d＝30nm，其他参数不变，然后在同样的条件下通过光谱仪测得其光学特性如图5-6所示，图5为该物理参数下的吸收光谱图，图6为该物理参数下的圆二色光谱图，在波长λ＝800nm时出现一个CD信号，A+＝0.22511，A-＝0.35294，CD＝-0.12783，同样具有较强的圆二色信号。
实施例2：
基于实施例1和实施例2公开的一种微纳光学结构，本实施例公开了一种微纳光学结构的使用方法，具体包括以下步骤：
步骤1：测量微纳光学结构的圆二色信号并记录该信号对应的第二金属条2和第三金属条3之间的距离d1和该状态下的温度t1；
步骤2：将所需测量的热膨胀材料填充至矩形通孔内；
步骤3：将步骤2中填充有热膨胀材料的微纳光学结构置于恒压的密闭环境中，升温并静置至温度恒定；
步骤4：在步骤3的温度和压力下测量微纳光学结构的圆二色信号并记录该信号对应的第二金属条2和第三金属条3之间的距离d2和该状态下的温度t2；
步骤5：计算得出所需测量材料的热膨胀系数。
具体而言：
第一金属条1、第二金属条2、第三金属条3和第四金属条4外表面均涂覆有一层透明绝缘材料，阻绝待测材料与本实施例微纳光学之间的电连通。
步骤1中，通过光谱仪测量本实施例微纳光学结构的圆二色信号，然后通过该状态下的CD信号在如图7中找到与该状态所对应的第二金属条2与第三金属条3之间的距离d1。
步骤2中，将所述微纳光学结构置于基底上，并将待测量的热膨胀材料填充至矩形通孔内，并在本实施例微纳光学结构表面覆盖一层压板，用以阻止热膨胀材料沿矩形通孔纵向膨胀，体积仅沿横向膨胀，此刻温度为t1。
步骤3和步骤4中，将步骤2中填充好热膨胀材料的微纳光学结构与基底和压板一直置入一恒温恒压的密闭环境中，静置升温至t2，待温度稳定后，在同一环境中测量其圆二色信号，并利用步骤1中的同种方式在如图3中找到与该状态所对应的第二金属条2与第三金属条3之间的距离d2。
步骤5中，将测得的数据t1、t2、d1、d2带入计算公式：
β＝80×40×(d2-d1)/(t2-t1)(nm3/K)
即可得到所需测量材料的热膨胀系数β。
本实施例公开的一种微纳光学结构的使用方法，利用微纳结构的圆二色信号来达到测量热膨胀材料的热膨胀系数，测量精准，传统材料的膨胀性能主要是通过某一温度点的线膨胀系数或某一温度区间的线膨胀系数来表征，常用测量方法是顶杆式间接法和望远镜直读法，但是这两种测量方式测量出来的结果均为线膨胀系数，而非体积膨胀系数，且只能测量一些体积较大和形变量较大的材料，且测量误差较大，本实施例提供的一种微纳光学结构的使用方法，利用微纳光学结构的圆二色性来实现热膨胀材料的测量，测量精度为纳米级别，可测量微小材料的热膨胀系数，测量精度高，将尺度测量转化为光学信号的探测，自动记录数值，最后只需要根据圆二色信号在对应表中确定不同状态下第二金属条2和第三金属条3之间的距离d，然后将d带入公式β＝80×40×(d2-d1)/(t2-t1)(nm3/K)，即可得到该材料的热膨胀系数。测量方法简单便捷，精度高，尤其适用于材料形变量小，但测量精度高的材料的热膨胀系数的测量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种微纳光学结构，其特征在于，包括第一金属条、第二金属条、第三金属条和第四金属条；
所述第二金属条一端垂直连接于所述第一金属条的一端；
所述第三金属条垂直连接于所述第一金属条的另一端非端点位置；所述第二金属条与所述第三金属条位于所述第一金属条的同一侧方向；
所述第四金属条一端垂直连接于所述第三金属条的另一端；所述第二金属条的另一端垂直连接于所述第四金属条另一端的非端点位置；
其中，所述第一金属条、第二金属条、第三金属条和第四金属条之间具有一矩形通孔；所述第二金属条和所述第三金属条之间的间距等于 30 纳米。
2.根据权利要求 1 所述的微纳光学结构，其特征在于，所述第一金属条与所述第四金属条完全相同；所述第二金属条与所述第三金属条完全相同。
3.根据权利要求 2 所述的微纳光学结构，其特征在于，所述第一金属条与所述第二金属条组成第一 L 形结构；第三金属条与所述第四金属条组成第二 L 形结构；所述第一 L形结构与所述第二 L 形结构中心对称。
4.根据权利要求 3 所述的微纳光学结构，其特征在于，所述第一金属条、第二金属条、第三金属条和第四金属条外表面均涂覆有一层透明绝缘材料。
5.根据权利要求 4 所述的微纳光学结构，其特征在于，第一金属条和第二金属条之间固定连接，第三金属条和第四金属条之间固定连接。
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