[發明專利]一種金屬等離激元貼片式溫度和紅外線傳感器

有效

• 申請號: 201710316423.8
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107238448B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 張彤;張曉陽;陳逾璋
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01K11/16
• 分類號: G01K11/16;G01J5/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明是一種金屬等離激元貼片式溫度和紅外線傳感器裝置，上下兩層柔性透明襯底(5)之間的表面有各有一層柔性聚合物分子刷材料層(2)，柔性聚合物分子刷材料層(2)的外端連接金屬納米顆粒(3)，相向排列的兩層金屬納米顆粒(3)、柔性聚合物分子刷材料層(2)組成一單元結構，該單元結構可重復多層，柔性透明薄膜(1)位于上述結構周圍，透明液體(4)填充于柔性聚合物分子刷材料層(2)與柔性透明薄膜(1)間，貼片(6)位于底層的柔性透明薄膜(1)下方并緊貼柔性透明薄膜(1)。本發明可用人眼直接觀察或用相機拍攝貼片式溫度傳感器的發光顏色，適用于規則、不規則表面的物體，測量面積大、抗電磁干擾、響應快、成本低。

技術領域

本發明屬于溫度和紅外線傳感器領域，具體而言，涉及一種金屬等離激元貼片式溫度和紅外線傳感器，尤其涉及柔性、發光的貼片式溫度和紅外線傳感器。

背景技術

目前的溫度傳感器，主要有接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。傳統的接觸式溫度傳感器主要包括熱敏電阻和熱電偶。熱敏電阻利用自身的電阻—溫度特性，溫度變化，電阻值也發生變化，但是其自熱現象嚴重影響了其測溫精度。熱電偶利用熱電效應，將電偶兩端的溫度差轉化為電動勢差，但是其靈敏度較低、穩定性較差，高溫下其自身的溫度特性的非線性非常明顯，限制了其測溫精度。此外，以上兩種傳統的溫度傳感器，材質堅硬、外形規則，均無法實現不規則物體表面的溫度測量，還會產生電磁干擾，因此這類傳感器的應用十分受限。非接觸式溫度傳感器，如紅外溫度傳感器，需要使用紅外探測器實現對溫度的感知，而這些紅外探測器基本采用窄禁帶半導體材料碲鎘汞(HgCdTe)材料，每個圖像傳感器(Charge-coupled Device,CCD)價格高達數百萬，十分昂貴。

局域等離激元共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)是金屬納米結構在亞波長范圍內與光強烈相互作用引發的共振增強效應，能夠將光局域在深度亞波長的范圍內，隨之而來會帶來各種效應。1.產生熱點效應，金屬納米顆粒的局域表面等離共振效應能夠使得顆粒表面的光場強度顯著增強。2.當金屬納米顆粒的間距改變時，局域等離激元共振峰的位置也發生變化。這種效應非常適合用作高靈敏度的傳感器，例如：當溫度傳感器中加入金屬納米材料后，由于金屬納米材料的窄帶增強效應與對顆粒間距變化的高靈敏度響應，將更容易通過發光光譜和顏色的變化反映出周圍環境參數的變化，進而體現出溫度的變化。

目前的現實工業生產場合中對溫度傳感器提出了更高的要求：1.在測量普通溫度計無法或難以測量的部件、外表面(如具有不規則外形的物體的外表面以及危及生命的環境中物體)溫度時，要求傳感器能夠貼合其形狀，準確測得物體表面溫度；2.在測量較大物體的溫度時，要求傳感器與被測物體的接觸面積盡可能大，而不只是單點測量；3.在測量涉及電磁方面的儀器溫度時，如醫療設備、油氣罐等易燃易爆場景、射頻微波設備及電力變壓器等強電磁輻射設備，要求傳感器不產生電磁干擾，也不怕電磁干擾。

綜上所述，實現滿足更高應用要求的溫度傳感器，關鍵在于在保證測量精度的前提下，對傳感器柔性、大接觸面積等特征的實現。目前的傳感器中，難有同時滿足高柔性、大接觸面積、零電磁干擾、低成本等要求的結構，而這一關鍵瓶頸問題的解決，對實現新一代柔性傳感器技術及其應用至關重要。

發明內容

技術問題：本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提出了一種金屬等離激元貼片式溫度和紅外線傳感器，適用于多種材料和形狀的待測物體，提高測量的準確性與靈活性，從而可以實現對不規則物體溫度的準確測量。