[發明專利]單晶鈀納米線表面等離子體氫氣傳感器及其制備與使用

有效

• 申請號: 201310196991.0
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103308488A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 谷付星;郝強;陳杰;曾和平
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及氫氣傳感器，尤其是一種單晶鈀納米線表面等離子體氫氣傳感器及其制備與使用。

背景技術

光纖傳感和探測在科研、工業、環境、醫療、軍事以及食品、衛生等很多方面得到了廣泛的應用和發展。隨著納米技術的快速發展，以及人們對傳感器和探測器的性能和應用要求的不斷提高，減小尺寸、提高集成度、加快響應速度、提高靈敏度、降低樣品需求量、拓寬應用極限等已經成為目前發展的重要方向。將光纖技術與當前快速發展的納米技術結合起來，發展尺寸更小、性能和集成度更高的納米光纖傳感器和探測器，具有十分廣闊的應用潛力和發展前景。

氫氣是很重要的工業氣體和特種氣體，在石油化工、電子工業、冶金工業、精細有機合成及航空航天等方面有著廣泛的應用。但氫氣是一種極易燃的氣體，在空氣中的體積分數為4%至75%時都能燃燒。此外，氫氣無色無味，有很高的燃燒熱。因此對氫氣的檢測是非常重要的。但對檢測裝置有一定的要求,?如低成本，小尺寸，耐久性，可靠性等。和電學檢測方法相比，光學檢測方法高靈敏，快響應，抗電磁，很適合檢測易燃易爆物質，并可使用強度、波長（光譜）、相位、偏振、熒光壽命等多種手段。由于納米材料的尺寸小和體表面積比較大，它們對外界環境的變化有著很快的響應和很高的靈敏度，被廣泛地應用在各種物理、化學和生物傳感和探測領域。

金屬鈀是對氫氣有著較高的溶解性，在一定的溫度和氫壓力差條件下，只讓氫氣透過的材料。?金屬鈀吸收的氫最多可達本身體積的2800倍，在溫度為?300℃以上真空中，可把吸收的氫放出。鈀與氫的這種反應是可逆的。除氫氣及其同位素之外，其它任何氣體均不能透過鈀膜，故金屬鈀還對氫氣有著較高選擇性。金屬鈀常被作為敏感材料用于氫氣的光學傳感檢測中，其檢測手段主要通過測量其光學信號如強度相位等的變化來檢測氫氣。目前基于光學手段研究鈀納米材料與氫反應體系的結構和器件，典型的有基于鈀納米顆粒的光直接透射型，基于二氧化硅納米線和半導體納米線的光學倏逝波型，及鈀納米顆粒的表面等離子體共振型。

表面等離體激元是存在于金屬與介質界面上的一種電子極化和振蕩現象。由于其能夠將光場能量約束在遠小于光波長的空間范圍內和表面能量增強效應等特性，表面等離激元可在納米尺度上實現光與物質相互作用。總的來說，目前典型的檢測氫氣的表面等離體激元傳感器可分為兩類：基于二維薄膜結構的傳導表面等離子體激元型傳感器和基于零維納米顆粒結構的局域表面等離子體共振型傳感器。而基于以為納米線結構的傳導表面等離子體氫氣傳感器則沒有報道過。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單晶鈀納米線表面等離子體氫氣傳感器及其制備與使用。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

????一種單晶鈀納米線表面等離子體氫氣傳感器，第一拉錐微納光纖通過第一倏逝波耦合區與單根單晶鈀納米線的一端相連，第二拉錐微納光纖通過第二倏逝波耦合區與單根單晶鈀納米線的另一端相連，形成傳輸光信號變化的光學氣體傳感器。

????所述的第一拉錐微納光纖和第二拉錐微納光纖的尖端直徑一致，為0.1?1?μm。

????所述的第一倏逝波耦合區、第二倏逝波耦合區的長度小于3?μm。

????所述的單根單晶鈀納米線直徑為30?500?nm，長度為5?50?μm。

?????一種所述的單晶鈀納米線表面等離子體氫氣傳感器的制備方法，步驟如下：

1)首先利用氣相-液相-固相法制備法單根單晶鈀納米線；?

2)?然后在顯微鏡下對制備好的單根單晶鈀納米線進行切斷和轉移微操作，把單根單晶鈀納米線放置在襯底上，并通過微操作放置成需要的形狀；然后放入一個密封容器里面；

3)用高溫拉伸法拉制出尖端直徑在0.1?1μm的第一拉錐微納光纖和第二拉錐微納光纖；

4)把上述兩根拉錐微納光纖伸入到密封容器里面，在光學顯微鏡下操縱第一拉錐微納光纖，通過倏逝波耦合區把光輸入到單根單晶鈀納米線的一端，激發單根單晶鈀納米線中的表面等離子體信號并使表面等離子體信號沿著單根單晶鈀納米線向另一端傳輸；用第二拉錐微納光纖在單根單晶鈀納米線的另一端通過倏逝波耦合區把經過單根單晶鈀納米線傳導的表面等離子體信號輸出，以形成傳輸光信號變化的光學氣體傳感器。

????步驟1)中制備所述的單根單晶鈀納米線的步驟如下：