基本信息
- 項目名稱：
- 基于完美吸收超材料的光學(xué)折射率傳感器
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目基于超材料在其諧振頻率附近實現(xiàn)完美吸收，反射出不完整光譜的思想，提出設(shè)計新型光學(xué)折射率傳感器模型，制作了光學(xué)折射率傳感器，實現(xiàn)可見光波段超材料光學(xué)傳感；突破了文獻中完美吸收器只能在紅外波段響應(yīng)的瓶頸。該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對不同折射率透明溶液的裸眼分辨，特點是響應(yīng)快，靈敏度高，操作簡單易行，可重復(fù)使用。在生物和醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)小型化、家庭化和低成本方面開辟了新的途徑。
- 詳細介紹：
- 本項目為基于完美吸收超材料的光學(xué)折射率傳感器，與目前熱點的光子晶體折射率傳感器相比，不僅能保證相當高的檢測精度，同時操作簡單，響應(yīng)快，可以重復(fù)使用，成本大大降低。 本作品基于超材料在其諧振頻率附近實現(xiàn)完美吸收，反射出不完整光譜的思想，提出設(shè)計新型光學(xué)折射率傳感器模型；采用由下向上方法，在制備周期性銀網(wǎng)格的超材料基礎(chǔ)上制備了光學(xué)超材料完美吸收器，制作成超材料光學(xué)折射率傳感器。通過減小銀網(wǎng)格周期至200nm可實現(xiàn)可見光波段的超材料光學(xué)傳感，突破了文獻中完美吸收器只能在紅外波段響應(yīng)的瓶頸。傳感器對入射的白光選擇性吸收，反射出不完全光譜；以此傳感器作為光源，在傳感器表面滴加不同折射率的溶液，可以觀察到，液滴里反射出的條紋顏色、粗細不同，實現(xiàn)不同折射率溶液的裸眼分辨；在生物和醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)小型化、家庭化和低成本方面開辟了新的途徑。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 設(shè)計發(fā)明的目的和基本思路: 基于超材料完美吸收原理，制備了基于完美吸收超材料的光學(xué)折射率傳感器。其目的是制備出可見光波段的光學(xué)折射率傳感器，實現(xiàn)對不同折射率透明液體的裸眼分辨?；舅悸肥莻鞲衅鲗θ肷浒坠膺x擇性吸收，反射出不完全光譜；以此傳感器作為光源，在上面滴加不同折射率的透明液滴，根據(jù)液滴反射出的條紋顏色、粗細不同，實現(xiàn)對不同折射率液滴的裸眼分辨。 創(chuàng)新點: （1）基于超材料在其諧振頻率附近實現(xiàn)完美吸收，反射出不完整光譜的思想，提出設(shè)計新型光學(xué)折射率傳感器模型；采用由下向上方法制備出光學(xué)超材料完美吸收器，制作成超材料光學(xué)折射率傳感器。 （2）我們制備的基于完美吸收超材料的光學(xué)折射率傳感器宏觀為厘米量級，可以直接用裸眼進行觀察分辨，操作更簡單，對操作人員要求更低；可以重復(fù)利用，并且響應(yīng)快，靈敏度高。 （3）與光子晶體折射率傳感器相比，該傳感器是在其表面滴加液滴，不會破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標: （1）制備二維膠體晶體，要求粒徑均一，排列緊密，周期性良好； （2）制備金屬銀網(wǎng)格和銀膜，要求網(wǎng)孔大小一致，銀網(wǎng)格連接致密，樣品表面無劃痕；銀鏡致密光亮； （3）光學(xué)折射率傳感器由于上下兩片玻璃之間反射產(chǎn)生干涉，我們可以在空氣表面看到明顯的干涉條紋。隨所滴加溶液折射率增大，超材料吸波器的吸收波長發(fā)生紅移，反射出的條紋顏色和粗細隨之變化，可以用來實現(xiàn)光學(xué)折射率傳感器的裸眼檢測。
科學(xué)性、先進性
- (1)基于超材料在其諧振頻率附近實現(xiàn)完美吸收，反射出不完整光譜的思想，提出設(shè)計新型光學(xué)折射率傳感器模型；采用由下向上方法制備出光學(xué)超材料完美吸收器，制作成超材料光學(xué)折射率傳感器。 (2)通過調(diào)節(jié)銀網(wǎng)格網(wǎng)孔周期可以對響應(yīng)頻段進行改變，由網(wǎng)孔周期200nm實現(xiàn)了可見光頻段折射率傳感器，突破了文獻中完美吸收器只能在紅外波段響應(yīng)的瓶頸。 (3)采用在傳感器表面滴加不同折射率的溶液，可以觀察到反射條紋結(jié)果不同，實現(xiàn)不同折射率溶液的裸眼分辨，在生物和醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)小型化、家庭化和低成本方面開辟了新的途徑。 (4)與目前熱點的光子晶體折射率傳感器相比，這種完美吸收器光學(xué)折射率傳感器不僅能保證相當高的檢測精度，同時將不同折射率的待檢液滴加在傳感器表面檢測，操作簡單，響應(yīng)快，傳感器可以重復(fù)使用，成本大大降低。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；現(xiàn)場演示；樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明： 將不同折射率的透明溶液用滴管滴加在傳感器表面，觀察液滴內(nèi)部反射出的條紋顏色和粗細的變化；折射率越高的液滴中反射出的黃色條紋越明顯，紅色條紋越暗淡。以此完成對溶液折射率的裸眼判斷。 技術(shù)特點和優(yōu)勢: （1）樣品制備周期短，工藝簡單，成本低； （2）光學(xué)折射率傳感器對溶液濃度響應(yīng)快，靈敏度高，可重復(fù)使用，對操作人員要求低； （3）可以通過改變金屬銀網(wǎng)格納米尺寸實現(xiàn)對不同光頻段的響應(yīng)。 適用范圍: (1)新型光折射傳感器研究 (2)生物和醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)
同類課題研究水平概述
- 超材料作為一種材料設(shè)計理念，已開始為越來越多的學(xué)者所關(guān)注。2008 年，Landy 等人提出了一種具有完全吸收特性的超材料吸收器，通過設(shè)計阻抗匹配，同時盡可能大的設(shè)計超材料的折射率的虛部，使得電磁波的能量都在材料中被吸收。微波實驗證實了11.48GHz處同時具有非常小的反射和透射，實現(xiàn)96%的吸收率。作為對超材料吸收特性的應(yīng)用，2009 年Zhu等人的課題組研究了基于樹枝狀微觀結(jié)構(gòu)的紅外波段超材料吸收器； Zhao等人研究了可見光波段左手材料中的彩虹效應(yīng)。 光學(xué)傳感器的一個最重要的應(yīng)用是化學(xué)和生物傳感，其主要研究目標是實現(xiàn)裸眼檢測。Takeoka用模板法制備了光子晶體傳感器，實現(xiàn)了對葡萄糖溶液濃度的監(jiān)測。但是，光子晶體傳感器都是通過改變光子晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)傳感應(yīng)用，因此可再用性差、敏感度低。 我們基于完美吸收超材料的設(shè)計思想，利用自下而上的化學(xué)方法，制備出可見光波段的光學(xué)折射率傳感器，用于實現(xiàn)光學(xué)折射率的分辨。實驗發(fā)現(xiàn)該光學(xué)折射率傳感器對水和葡萄糖溶液濃度響應(yīng)快、靈敏度高，實現(xiàn)了裸眼檢測，并且檢測過程中不破壞傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以多次重復(fù)使用。
