一种基于二聚体表面等离激元共振调控的电场探测装置

摘要

本发明提供了一种基于二聚体表面等离激元共振调控的电场探测装置，包括基底层、加热层、贵金属二聚体层，加热层置于基底层上，贵金属二聚体层置于加热层上，贵金属二聚体层包括周期排列的贵金属二聚体单元，贵金属二聚体单元包括第一贵金属部、第二贵金属部、有机共轭聚合物材料，第一贵金属部与第二贵金属部之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙，第一贵金属部、第二贵金属部、有机共轭聚合物材料与加热层接触。本发明具有电场探测灵敏度高的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及电场探测领域，具体涉及一种基于二聚体表面等离激元共振调控的电场探测装置。

背景技术

电场的测量不仅对导弹、火箭、航空器发射等军工意义重大，而且对城市环境污染、超净实验室、炼油厂、储油站等民用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，本发明提供了一种基于二聚体表面等离激元共振调控的电场探测装置，包括基底层、加热层、贵金属二聚体层，加热层置于基底层上，贵金属二聚体层置于加热层上，贵金属二聚体层包括周期排列的贵金属二聚体单元，贵金属二聚体单元包括第一贵金属部、第二贵金属部、有机共轭聚合物材料，第一贵金属部与第二贵金属部之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙，第一贵金属部、第二贵金属部、有机共轭聚合物材料与加热层接触。

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，间隙的顶部窄，间隙的底部宽。

更进一步地，还包括贵金属颗粒，贵金属颗粒设置在间隙内加热层上。

更进一步地，贵金属颗粒的个数为多个。

更进一步地，贵金属颗粒的直径小于100纳米。

更进一步地，贵金属颗粒的材料为金或银。

更进一步地，第一贵金属部和第二贵金属部的材料为金或银。

更进一步地，周期为方形周期。

更进一步地，间隙顶部的宽度小于40纳米。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于二聚体表面等离激元共振调控的电场探测装置，包括基底层、加热层、贵金属二聚体层，加热层置于基底层上，贵金属二聚体层置于加热层上，贵金属二聚体层包括周期排列的贵金属二聚体单元，贵金属二聚体单元包括第一贵金属部、第二贵金属部、有机共轭聚合物材料，第一贵金属部与第二贵金属部之间设有间隙，有机共轭聚合物材料填充间隙，第一贵金属部、第二贵金属部、有机共轭聚合物材料与加热层接触。应用时，首先，在无电场空间，测量贵金属二聚体层的局域表面等离激元共振波长，此时加热部为常温；然后，将本发明置于待测电场环境中，同时应用加热层加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料，重新测量贵金属二聚体层的局域表面等离激元共振波长，根据前后贵金属二聚体层局域表面等离激元共振波长的移动，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分子链的方向，从而改变了贵金属二聚体层中第一贵金属部和第二贵金属部之间的介电环境，从而改变了贵金属二聚体层的共振波长。因为在加热时，有机共轭聚合物材料的分子链方向严重地依赖于其所处位置的电场、贵金属结构的局域表面等离激元共振特性严重地依赖于其周围的环境，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是一种基于二聚体表面等离激元共振调控的电场探测装置的示意图。

图2是又一种基于二聚体表面等离激元共振调控的电场探测装置的示意图。

图3是再一种基于二聚体表面等离激元共振调控的电场探测装置的示意图。

图中：1、基底层；2、加热层；3、贵金属二聚体单元；4、第一贵金属部；5、第二贵金属部；6、有机共轭聚合物材料；7、贵金属颗粒。

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

本发明提供了一种基于二聚体表面等离激元共振调控的电场探测装置，如图1所示，包括基底层1、加热层2、贵金属二聚体层。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。贵金属二聚体层置于加热层2上，贵金属二聚体层包括周期排列的贵金属二聚体单元3。具体地，贵金属二聚体单元3排布的周期为方形周期。贵金属二聚体单元3包括第一贵金属部4、第二贵金属部5、有机共轭聚合物材料6，第一贵金属部4与第二贵金属部5之间设有间隙，有机共轭聚合物材料6填充间隙。第一贵金属部4和第二贵金属部5为长方体，便于制备。第一贵金属部4和第二贵金属部5的材料为金或银。第一贵金属部4、第二贵金属部5、有机共轭聚合物材料6与加热层2接触。有机共轭聚合物材料6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，测量贵金属二聚体层的局域表面等离激元共振波长，此时加热部为常温。具体地，应用连续谱激光照射贵金属二聚体层，探测贵金属二聚体层的散射光谱，通过散射光谱确定贵金属二聚体单元3的局域表面等离激元共振波长；然后，将本发明置于待测电场环境中，同时应用加热层2加热有机共轭聚合物材料6，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料6，重新测量贵金属二聚体层的局域表面等离激元共振波长，根据前后贵金属二聚体层局域表面等离激元共振波长的移动，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6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6分子链的方向，从而改变了贵金属二聚体层中第一贵金属部4和第二贵金属部5之间的介电环境，从而改变了贵金属二聚体层的共振波长。因为在加热时，有机共轭聚合物材料6的分子链方向严重地依赖于其所处位置的电场、贵金属结构的局域表面等离激元共振特性严重地依赖于其周围的环境，因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。

在本发明中，入射光激发了两种表面等离激元共振：一种是第一贵金属部4和第二贵金属部5顶部之间的表面等离激元共振，此时，在第一贵金属部4和第二贵金属部5的顶部，电荷主要沿图1中的水平方向共振；第二种是在间隙内，也就是在第一贵金属部4和第二贵金属部5侧面的表面等离激元共振，电荷主要沿图1中的竖直方向。也就是说，这两种情况中，电荷的振动方向不同。当有机共轭聚合物材料6分子链方向改变时，对两种共振波长的影响不同，从而造成不同规律的共振波长移动，也就是说，将两种共振波长之间的差值改变更多，通过测量前后两种共振波长之间的差值，确定待测电场，从而实现更高灵敏度的电场探测。

另外，在本发明中，一方面，第一贵金属部4和第二贵金属部5的局域表面等离激元共振特性严重地依赖于其周围环境；另一方面，第一贵金属部4和第二贵金属部5均是热的良导体，能够很好地将热量传递到有机共轭聚合物材料6，从而更多地改变有机共轭聚合物材料6中分子链的方向。这两方面的效果均有利于更多地改变贵金属二聚体单元3的局域表面等离激元共振特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，间隙的顶部窄，间隙的底部宽。间隙顶部的宽度小于40纳米。这样一来，一方面，在第一贵金属部4和第二贵金属部5的顶部，第一贵金属部4和第二贵金属部5之间的耦合更强；另一方面，进入到间隙中的电磁波更容易被限制在间隙内。因此，本实施例的设置，减小了两共振模式的半峰宽，不仅降低了探测难度，而且提高了探测的灵敏度。

实施例3

在实施例2的基础上，如图3所示，还包括贵金属颗粒7，贵金属颗粒7设置在间隙内加热层2上。贵金属颗粒7的个数为多个。贵金属颗粒7的直径小于100纳米。贵金属颗粒7的材料为金或银。这样一来，进入到间隙内的电磁波又能够被贵金属颗粒7吸收，从而使得电磁波更容易被限制在间隙内，减小了该共振模式的半峰宽，提高了电场探测的灵敏度。另外，贵金属颗粒7与有机共轭聚合物材料6具有更多的接触面积。当有机共轭聚合物材料6分子链方向改变时，也就是有机共轭聚合物材料6的有效折射率改变时，贵金属颗粒7与有机共轭聚合物材料6复合结构的有效折射率改变更多，从而更多地移动间隙内表面等离激元共振的共振波长，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。