CN110687358A - 基于热电材料的电容型电磁波探测器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于热电材料的电容型电磁波探测器及系统，具体而言，涉及电磁波测量器械领域，本申请由于透光导电层可以用于透光导电，当电磁波照射在该透光导电层上时，电磁波透过该透光导电层照射在该金属微纳结构层上，该金属微纳结构层将该电磁波进行吸收并产生一定的热量，将产生的热量传递到该热电材料的上表面，使得该热电材料的上表面和下表面存在一定的温差，进而使得该热电材料中的载流子发生流动，产生一定的电流，并且由于该金属层和该透光导电层都可以导电，且两端分别安装有第一电极和第二电极，则该第一电极和第二电极之间就会形成电容，根据电容改变与电磁波的关系就可以得到照射到该探测器上的电磁波。

Description

基于热电材料的电容型电磁波探测器及系统

技术领域

本发明涉及电磁波测量器械领域，具体而言，涉及一种基于热电材料的电容型电磁波探测器及系统。

背景技术

电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，变化的电场会产生磁场（即电流会产生磁场），变化的磁场则会产生电场，变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。

现有技术中，对电磁场的测量一般通过将电磁波的时间波形变换成适合于信号处理等的时间波形以测量时间波形的装置和方法，之后通过计算机对转换之后适合于信号处理等的时间波形以测量时间波形进行处理计算。

但是，上述现有技术中对电磁波波形的转换、处理并计算的过程全程依靠计算机，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于热电材料的电容型电磁波探测器及系统，以解决现有技术中的对电磁波波形的转换、处理并计算的过程全程依靠计算机，成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于热电材料的电容型电磁波的探测器，探测器包括：衬底、金属层、热电材料层、金属微纳结构层、透光导电层、第一电极和第二电极；

金属层设置在衬底之上，热电材料层设置在金属层远离衬底的一侧，金属微纳结构层设置在热电材料层远离金属层的一侧，透光导电层设置在金属微纳结构层远离热电材料层的一侧，第一电极和第二电极设置分别设置在金属层和透光导电层的一端。

可选地，该探测器还包括气凝胶层，气凝胶层设置在金属微纳结构层和透光导电层之间。

可选地，该探测器还包括透光热膨胀层，透光膨胀层设置在金属微纳结构层和透光导电层之间。

可选地，该透光热膨胀层的材料为膨胀石墨。

可选地，该透光导电层的材料为石墨烯。

可选地，该金属微纳结构层的材料为贵金属纳米颗粒。

可选地，该金属微纳结构层为带孔洞的贵金属薄膜。

可选地，该金属层的材料包括：金、银和钼中至少一种贵金属材料。

可选地，该金属微纳结构层周期性设置在热电材料层与透光导电层之间。

第二方面，本发明实施例提供了另一种基于热电材料的电容型电磁波探测系统，系统包括电能测量装置和第一方面任意一项的探测器，电能测量装置的正电极和负电极分别与探测器的第一电极和第二电极电连接。

本发明的有益效果是：

本申请通过在衬底之上设置金属层，热电材料层设置在金属层远离衬底的一侧，金属微纳结构层设置在热电材料层远离金属层的一侧，透光导电层设置在金属微纳结构层远离热电材料层的一侧，第一电极和第二电极设置分别设置在金属层和透光导电层的一端，由于该透光导电层可以用于透光导电，当电磁波照射在该透光导电层上时，电磁波透过该透光导电层照射在该金属微纳结构层上，该金属微纳结构层将该电磁波进行吸收并产生一定的热量，将产生的热量传递到该热电材料的上表面，使得该热电材料的上表面和下表面存在一定的温差，进而使得该热电材料中的载流子发生流动，产生一定的电流，并且由于该金属层和该透光导电层都可以导电，且两端分别安装有第一电极和第二电极，则该第一电极和第二电极之间就会形成电容，根据电容改变与电磁波的关系就可以得到照射到该探测器上的电磁波，由于该探测器结构简单，从而实现了简单成本较低的测量电磁波的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种基于热电材料的电容型电磁波的探测器的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的另一种基于热电材料的电容型电磁波的探测器的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的另一种基于热电材料的电容型电磁波的探测器的结构示意图。

图标：10-衬底；20-金属层；30-热电材料层；40-金属微纳结构层；50-透光导电层；60-第一电极；70-第二电极；80-气凝胶层；90-透光热膨胀层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一实施例提供的一种基于热电材料的电容型电磁波的探测器的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供一种基于热电材料的电容型电磁波的探测器，探测器包括：衬底10、金属层20、热电材料层30、金属微纳结构层40、透光导电层50、第一电极60和第二电极70；金属层20设置在衬底10之上，热电材料层30设置在金属层20远离衬底10的一侧，金属微纳结构层40设置在热电材料层30远离金属层20的一侧，透光导电层50设置在金属微纳结构层40远离热电材料层30的一侧，第一电极60和第二电极70设置分别设置在金属层20和透光导电层50的一端。

该透光导电层50使得照射在其上的光可以透过，并且可以导电，该透光导电层50的具体材料根据实际需要进行选择，在此不做限定，该衬底10、金属层20、热电材料层30、金属微纳结构层40、透光导电层50的形状根据实际情况进行选择，在此不做限定，一般的，该衬底10、金属层20、热电材料层30、金属微纳结构层40、透光导电层50可以为矩形，也可以为其他任意规则形状，在此不做限定，为了清楚的说明，本申请以衬底10、金属层20、热电材料层30、金属微纳结构层40、透光导电层50均为矩形进行说明，该金属层20设置在该衬底10上，该热电材料层30设置在该金属层20之上，该金属微纳结构层40设置在该热电材料层30之上，该透光导电层50设置在该金属微纳结构层40之上，在该金属层20和该透光导电层50的一侧分别设置有第一电极60和第二电极70，若该第一电极60设置在该透光导电层50的一侧，则该第二电极70可以设置在该金属层20的同一侧；若该第一电极60设置在该金属层20的一侧，则该第二电极70设置在该透光导电层50的同一侧，另外，该热电材料层30的材料根据实际情况进行选择，在此不做限定，在实际选择中，一般选择载流子较多的材料作为热电材料层30的材料；当电磁波照射在该透光导电层50上时，电磁波透过该透光导电层50照射在该金属微纳结构层40上，该金属微纳结构层40由于材料为金属，则可以将照射的电磁波大量的进行吸收，并产生相应的热量，由于该金属微纳结构层40一侧设置有该热电材料层30，并且由于该热电材料层30中存在大量的载流子，则当该金属微纳结构层40将产生的热量传递到该热电材料层30之上时，由于该热电材料层30的另一端与金属层20进行连接，温度未发生变化，则该热电材料层30两侧会形成一定的温差，在温差的作用下，该热电材料层30中的载流子进行流动，产生电流，并且由于该透光导电层50和金属层20均可以导电，并且该透光导电层50和金属层20上分别设置有第一电极60和第二电极70，则该第一电极60和第二电极70之间形成了电容，通过第一电极60和该第二电极70可以得到该电容的电流或者电压情况，根据电容的电流或者电压情况与电磁波的关系，就可以得到照射到该探测器的电磁波；该电容的电流或者电压情况与电磁波的关系根据实际测量得到，在此不做赘述，该金属微纳结构层40是由多个金属微纳结构构成，该构成金属微纳结构层40的金属微纳结构的数量和体积根据实际情况进行设定，在此不做限定，需要说明的是，该热电材料层30靠近金属微纳结构层40的一面称为上表面，与之相对的面称为下表面。

图2为本发明一实施例提供的另一种基于热电材料的电容型电磁波的探测器的结构示意图，如图2所示，可选地，该探测器还包括气凝胶层80，气凝胶层80设置在金属微纳结构层40和透光导电层50之间。

为了减少该金属微纳结构层40产生的热量传递到该透光导电层50上，造成的热量的流失，则在金属微纳结构层40和透光导电层50之间设置气凝胶层80，该气凝胶层80可以透光隔热，从而隔绝了热量从透光导电层50上的流失，并且在该金属微纳结构层40和透光导电层50之间设置气凝胶层80之后，该金属微纳结构层40和透光导电层50不直接接触，在金属微纳结构层40在电磁波的作用下发生振动的时候，不会将振动传递到该透光导电层50上，进一步的避免了透光导电层50将能量散射出去，通过增加该探测器对电磁波的吸收，进而使得该探测器对电磁波的探测更加准确。

图3为本发明一实施例提供的另一种基于热电材料的电容型电磁波的探测器的结构示意图，如图3所示，可选地，该探测器还包括透光热膨胀层90，透光膨胀层设置在金属微纳结构层40和透光导电层50之间。

在该金属微纳结构层40和透光导电层50之间设置透光热膨胀层90，该透光热膨胀层90可以将使得电磁波透过，并且在该金属微纳结构层40将电磁波转换为热量后，该透光热膨胀层90接收该金属微纳结构层40产生的热量，并体积膨胀，使得该透光导电层50和金属层20之间的距离发生改变，当该透光导电层50和金属层20之间的距离发生改变时，该电容也会发生改变，进而在对电容进行形变，从而提高了该探测器的灵敏度。

可选地，该透光热膨胀层90的材料为膨胀石墨。

该透光热膨胀层90的材料可以是膨胀石墨，该膨胀石墨可以透光，并且体积随着温度的升高而变大。

可选地，该透光导电层50的材料为石墨烯。

该透光导电层50的材料可以是石墨烯，由于石墨烯可以透光，并且是一种良好的导体，则可以将该透光导电层50的材料设置为石墨烯，具体的该透光导电层50的厚度根据实际情况进行设置，在此不做限定。

可选地，金属微纳结构层40的材料为贵金属纳米颗粒。

该金属微纳结构层40的材料可以为贵金属，由于贵金属有良好的光热效应，该金属微纳结构层40的贵金属可以是金、银和者钼中任意一种，在此不做限定，为了清楚的说明，以该金属微纳结构层40的材料为金进行说明，将金制作层多个纳米颗粒，多个纳米颗粒形成组成多个纳米颗粒的集合体，该集合体的形状可以是长方体，也可以是其他规则形状，在此不做限定，将多个聚合体设置在该热电材料层30远离金属层20的一侧，该金属微纳结构层40的材料也可以是金、银和者钼中多种贵金属的组合，在此不做多余赘述。

可选地，金属微纳结构层40为带孔洞的贵金属薄膜。

在该金属微纳结构层40上靠近透光导电材料的一侧开设多个孔洞，以增强该金属微纳结构层40对电磁波的吸收，当电磁波透过该透光导电层50照射在该金属微纳结构层40上时，一部分电磁波进入该孔洞中，在该孔洞中电磁波被孔洞的侧壁和底部进行吸收，从而增加了该金属微纳结构层40对电磁波的吸收，减少了对电磁波检测的误差，增加了该探测器的灵敏度与准确性。

可选地，金属层20的材料包括：金、银和钼中至少一种贵金属材料。

金属层20的材料可以是金属层20的材料包括：金、银和钼任意一种贵金属，也可以是金属层20的材料包括：金、银和钼中多个贵金属组成的混合金属，在此不做限定。

本申请通过在衬底10之上设置金属层20，热电材料层30设置在金属层20远离衬底10的一侧，金属微纳结构层40设置在热电材料层30远离金属层20的一侧，透光导电层50设置在金属微纳结构层40远离热电材料层30的一侧，第一电极60和第二电极70设置分别设置在金属层20和透光导电层50的一端，由于该透光导电层50可以用于透光导电，当电磁波照射在该透光导电层50上时，电磁波透过该透光导电层50照射在该金属微纳结构层40上，该金属微纳结构层40将该电磁波进行吸收产生一定的热量，并将产生的热量传递到该热电材料的上表面，使得该热电材料的上表面和下表面存在一定的温差，进而使得该热电材料中的载流子发生流动，产生一定的电流，并且由于该金属层20和该透光导电层50都可以导电，且两端分别安装有第一电极60和第二电极70，则该第一电极60和第二电极70之间就会形成电容，根据电容改变与电磁波的关系就可以得到照射到该探测器上的电磁波，由于该探测器结构简单，从而实现了简单成本较低的测量电磁波的目的。

本申请实施例还提供一种基于热电材料的电容型电磁波探测系统，系统包括电能测量装置和上述任意一项的探测器，电能测量装置的正电极和负电极分别与探测器的第一电极60和第二电极70电连接。

该电能测量装置包括：电压表、电流表和电能表中任意一种，当该电能测量装置为电压表时，将电压表的正极和负电分别与该探测器的第一电极60和第二电极70进行电连接，用于检测该探测器的电压；当该电能测量装置为电流表时，将电流表的正极和负电分别与该探测器的第一电极60和第二电极70进行电连接，用于检测该探测器的电流；当该电能测量装置为电能表时，将电能表的正极和负电分别与该探测器的第一电极60和第二电极70进行电连接，用于检测该探测器的电能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于热电材料的电容型电磁波的探测器，其特征在于，所述探测器包括：衬底、金属层、热电材料层、金属微纳结构层、透光导电层、第一电极和第二电极；

所述金属层设置在所述衬底之上，所述热电材料层设置在所述金属层远离所述衬底的一侧，所述金属微纳结构层设置在所述热电材料层远离所述金属层的一侧，所述透光导电层设置在所述金属微纳结构层远离所述热电材料层的一侧，所述第一电极和所述第二电极设置分别设置在所述金属层和所述透光导电层的一端。

2.根据权利要求1所述的基于热电材料的电容型电磁波的探测器，其特征在于，所述探测器还包括气凝胶层，所述气凝胶层设置在所述金属微纳结构层和所述透光导电层之间。

3.根据权利要求1所述的基于热电材料的电容型电磁波的探测器，其特征在于，所述探测器还包括透光热膨胀层，所述透光膨胀层设置在所述金属微纳结构层和所述透光导电层之间。

4.根据权利要求3所述的基于热电材料的电容型电磁波的探测器，其特征在于，所述透光热膨胀层的材料为膨胀石墨。

5.根据权利要求1所述的基于热电材料的电容型电磁波的探测器，其特征在于，所述透光导电层的材料为石墨烯。

6.根据权利要求1所述的基于热电材料的电容型电磁波的探测器，其特征在于，所述金属微纳结构层的材料为贵金属纳米颗粒。

7.根据权利要求6所述的基于热电材料的电容型电磁波的探测器，其特征在于，所述金属微纳结构层为带孔洞的贵金属薄膜。

8.根据权利要求1所述的基于热电材料的电容型电磁波的探测器，其特征在于，所述金属层的材料包括：金、银和钼中至少一种贵金属材料。

9.根据权利要求1所述的基于热电材料的电容型电磁波的探测器，其特征在于，所述金属微纳结构层周期性设置在所述热电材料层与所述透光导电层之间。

10.一种基于热电材料的电容型电磁波探测系统，其特征在于，所述系统包括电能测量装置和权利要求1-9任意一项所述的探测器，所述电能测量装置的正电极和负电极分别与所述探测器的第一电极和第二电极电连接。

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