CN112230073A - 一种贵金属线栅电场探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种贵金属线栅电场探测装置，包括基底层、加热层、贵金属线栅层，加热层置于基底层上，贵金属线栅层置于加热层上，贵金属线栅层包括贵金属纳米线和有机共轭聚合物材料，贵金属纳米线周期性排列，相邻贵金属纳米线之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙。本发明具有电场探测灵敏度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电场探测领域，具体涉及一种贵金属线栅电场探测装置。
背景技术
电场的测量不仅对导弹、火箭、航空器发射中意义重大，而且对城市环境污染、超净实验室、炼油厂、储油站等地面上容易引起静电和容易受静电及雷达危害的场所也有着广泛的应用。传统电场测量装置的灵敏度低，探索基于新原理的电场探测技术对提高电场测量的灵敏度具有重要意义。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种贵金属线栅电场探测装置，包括基底层、加热层、贵金属线栅层，加热层置于基底层上，贵金属线栅层置于加热层上，贵金属线栅层包括贵金属纳米线和有机共轭聚合物材料，贵金属纳米线周期性排列，相邻贵金属纳米线之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙。
更进一步地，有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。
更进一步地，还包括顶有机共轭聚合物材料层，顶有机共轭聚合物材料层置于贵金属线栅层上。
更进一步地，4顶有机共轭聚合物材料层的厚度小于200纳米。
更进一步地，还包括底有机共轭聚合物材料层，底有机共轭聚合物材料层置于加热层上，贵金属线栅层置于底有机共轭聚合物材料层上。
更进一步地，底有机共轭聚合物材料层的厚度小于200纳米。
更进一步地，贵金属纳米线的材料为金或银。
更进一步地，贵金属纳米线的截面为矩形。
更进一步地，相邻贵金属纳米线之间的距离小于80纳米。
本发明的有益效果：本发明提供了一种贵金属线栅电场探测装置，包括基底层、加热层、贵金属线栅层，加热层置于基底层上，贵金属线栅层置于加热层上，贵金属线栅层包括贵金属纳米线和有机共轭聚合物材料，贵金属纳米线周期性排列，相邻贵金属纳米线之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙。应用时，首先，在无电场空间，测量贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性，此时加热层为常温；然后，将本发明置于待测电场内，同时加热层贵金属纳米线和加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却贵金属纳米线和有机共轭聚合物材料，重新测量贵金属线栅层上的表面等离极化激元传播特性，根据前后贵金属线栅层上表面等离极化激元传播特性的变化，确定待测电场。在加热过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，从而改变了贵金属纳米线周围的环境，从而改变了贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性。因为在加热时，有机共轭聚合物材料分子链的方向严重地依赖于其所处的电场，并且贵金属线栅层上的表面等离极化激元传播特性严重地依赖于其周围的介电环境，因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。
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是一种贵金属线栅电场探测装置的示意图。
图2是又一种贵金属线栅电场探测装置的示意图。
图3是再一种贵金属线栅电场探测装置的示意图。
图中：1、基底层；2、加热层；3、贵金属纳米线；4、有机共轭聚合物材料；5、顶有机共轭聚合物材料层；6、底有机共轭聚合物材料层。
具体实施方式
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
本发明提供了一种贵金属线栅电场探测装置。图1是该贵金属线栅电场探测装置的截面图。如图1所示，该贵金属线栅电场探测装置包括基底层1、加热层2、贵金属线栅层。加热层2置于基底层1上。基底层1的材料为绝热材料，用以隔绝加热层2产生的热。加热层2可以通过连接其他高温物体的方法产生高温，也可以通过电阻产生热来产生高温，在此不做具体限制。贵金属线栅层置于加热层2上。贵金属线栅层包括贵金属纳米线3和有机共轭聚合物材料4。在图1中，贵金属纳米线3沿垂直于纸面方向。贵金属纳米线3周期性排列，相邻贵金属纳米线3之间设有间隙，有机共轭聚合物材料4填充间隙。贵金属纳米线3的材料为金或银，以便于激发表面等离极化激元。贵金属纳米线3的截面为矩形，以便于制备。贵金属纳米线3之间的距离小于80纳米，以便于表面等离极化激元沿线栅传播。有机共轭聚合物材料4为聚3-己基噻吩。加热时，聚3-己基噻吩的微观形貌更容易被待测电场调控。
应用时，首先，在无电场空间，测量贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性，此时加热层为常温；具体地，应用激光倾斜照射贵金属线栅层的一端，例如图1中的左端，在贵金属线栅层上激发表面等离极化激元，该表面等离极化激元沿贵金属线栅层传播，在贵金属线栅层的另一端，例如图1中的右端，应用光纤探针接收表面等离极化激元，通过测量所接收到的表面等离极化激元强度确定贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性。然后，将本发明置于待测电场内，同时加热层2加热贵金属纳米线3和有机共轭聚合物材料4，加热持续一段时间后，冷却贵金属纳米线3和有机共轭聚合物材料4，重新测量贵金属线栅层上的表面等离极化激元传播特性，根据前后贵金属线栅层上表面等离极化激元传播特性的变化，确定待测电场。加热的温度大于130摄氏度，持续的时间大于30分钟，以便于有机共轭聚合物材料4的微观结构充分改变。在加热过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料4分子链的方向，从而改变了贵金属纳米线3周围的环境，从而改变了贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性。因为在加热时，有机共轭聚合物材料4分子链的方向严重地依赖于其所处的电场，并且贵金属线栅层上的表面等离极化激元传播特性严重地依赖于其周围的介电环境，因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，还包括顶有机共轭聚合物材料层5，顶有机共轭聚合物材料层5置于贵金属线栅层上。这样一来，贵金属纳米线3被更多的有机共轭聚合物材料4包覆。当有机共轭聚合物材料4分子链方向改变时，贵金属纳米线3周围环境的有效折射率改变更多，从而更多地改变贵金属线栅层的表面等离极化激元的传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。顶有机共轭聚合物材料层5的厚度小于200纳米。由于贵金属附近的表面等离激元出现在贵金属附近100纳米以内，因此，较薄的顶有机共轭聚合物层5吸收较少的热量，从而使得整个有机共轭聚合物材料4分子链的方向改变更多，从而更多地改变贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
实施例3
在实施例2的基础上，如图3所示，还包括底有机共轭聚合物材料层6，底有机共轭聚合物材料层6置于加热层2上，贵金属线栅层置于底有机共轭聚合物材料层6上。一般来说，现有技术主要将贵金属纳米线3直接设置在二氧化硅等绝缘衬底上，本实施例将贵金属纳米线3设置在有机共轭聚合物材料4上。这样一来，当有机共轭聚合物材料4分子链方向改变时，贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性改变更多，从而实现更高灵敏度的电场探测。底有机共轭聚合物材料层6的厚度小于200纳米。同上，因为贵金属附近的表面等离激元主要出现在贵金属附近100纳米内，因此，较薄的底有机共轭聚合物材料层6有利于更多地改变贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
在本实施例中，贵金属纳米线3不仅用于传播表面等离极化激元，而且有利于将加热层2的热传递到顶有机共轭聚合物材料层5，甚至全部的有机共轭聚合物材料4，使得有机共轭聚合物材料4分子链方向改变更多，从而更多地改变贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性，从而进一步地提高电场探测的灵敏度。
更进一步地，在贵金属纳米线3的截面内，贵金属纳米线3的腰部粗、两端细。也就是说，对于相邻的贵金属纳米线3，在两个贵金属纳米线3的腰部，两个贵金属纳米线3之间的距离短。这样一来，表面等离极化激元更多地聚集在相邻贵金属纳米线3的腰部，在贵金属纳米线3的腰部形成更强的电场聚集。当有机共轭聚合物材料4分子链方向改变时，更多地改变贵金属纳米线3腰部的电场分布，也就是说，更多地改变贵金属线栅层的有效折射率，从而更多地改变贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
更进一步地，相邻贵金属纳米线3的高度不同，贵金属纳米线3的高度间隔设置为相同。也就是说，每隔一个贵金属纳米线3，贵金属纳米线3的高度相同。这样一来，更容易在贵金属纳米线3之间形成强电场聚集。当这些强电场区域的有机共轭聚合物材料4分子链方向改变时，贵金属线栅层的有效折射率改变更多，从而更多地改变贵金属线栅层的表面等离极化激元传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
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 (9)
1.一种贵金属线栅电场探测装置，其特征在于，包括基底层、加热层、贵金属线栅层，所述加热层置于所述基底层上，所述贵金属线栅层置于所述加热层上，所述贵金属线栅层包括贵金属纳米线和有机共轭聚合物材料，所述贵金属纳米线周期性排列，相邻所述贵金属纳米线之间设有间隙，所述有机共轭聚合物材料填充所述间隙。
2.如权利要求1所述的贵金属线栅电场探测装置，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。
3.如权利要求2所述的贵金属线栅电场探测装置，其特征在于：还包括顶有机共轭聚合物材料层，所述顶有机共轭聚合物材料层置于所述贵金属线栅层上。
4.如权利要求3所述的贵金属线栅电场探测装置，其特征在于：所述顶有机共轭聚合物材料层的厚度小于200纳米。
5.如权利要求4所述的贵金属线栅电场探测装置，其特征在于：还包括底有机共轭聚合物材料层，所述底有机共轭聚合物材料层置于所述加热层上，所述贵金属线栅层置于所述底有机共轭聚合物材料层上。
6.如权利要求5所述的贵金属线栅电场探测装置，其特征在于：所述底有机共轭聚合物材料层的厚度小于200纳米。
7.如权利要求1-6任一项所述的贵金属线栅电场探测装置，其特征在于：所述贵金属纳米线的材料为金或银。
8.如权利要求7所述的贵金属线栅电场探测装置，其特征在于：所述贵金属纳米线的截面为矩形。
9.如权利要求8所述的贵金属线栅电场探测装置，其特征在于：相邻所述贵金属纳米线之间的距离小于80纳米。
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| CN202011265677.XA CN112230073A (zh) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | 一种贵金属线栅电场探测装置 |
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| CN113776723A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-10 | 云南师范大学 | 一种基于光耦合变化的光纤气压探测器 |
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2020
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