[發(fā)明專利]太赫茲表面等離子體共振傳感裝置及使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710615730.6
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107202776B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘舜聰;黃異;林起本
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及太赫茲表面等離子體共振傳感裝置及使用方法，包括基臺，基臺上設(shè)置有由電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)平臺，旋轉(zhuǎn)平臺上設(shè)置有折射率傳感耦合結(jié)構(gòu)，折射率傳感耦合結(jié)構(gòu)包括依次設(shè)置的三棱鏡、MgFsubgt;2/subgt;基底層、緩沖層、摻雜石墨烯層、樣品池，利用石墨烯作為激發(fā)表面等離子體極化波的介質(zhì)，樣品池設(shè)置用供樣品流入流出的出入口，流入樣品池內(nèi)的樣品直接與摻雜石墨烯層接觸，基臺上設(shè)置有太赫茲發(fā)射器、太赫茲接收器，三棱鏡一個側(cè)面與MgF2基底層相連接，太赫茲發(fā)射器、太赫茲接收器分別位于三棱鏡不與MgFsubgt;2/subgt;基底層相連接的兩個側(cè)面的旁側(cè)，太赫茲接收器連接信號處理裝置，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可靠性強，大大提高了系統(tǒng)檢測的實用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太赫茲等離子體共振傳感領(lǐng)域的太赫茲表面等離子體共振傳感裝置及使用方法。

背景技術(shù)

表面等離子體是由導(dǎo)電媒質(zhì)和絕緣體媒質(zhì)分界面處自由電子的集體震蕩產(chǎn)生的。光子和表面等離子體之間的強耦合作用稱為表面等離子體極化，它們之間的耦合作用將導(dǎo)致表面等離子體的共振（SPR）,并且對靠近導(dǎo)電媒質(zhì)和絕緣體媒質(zhì)分界面處介質(zhì)環(huán)境的變化非常敏感，因此SPR傳感技術(shù)常被運用于傳感分析，尤其在生物傳感的運用方面，其可以有效地對生物分子的反應(yīng)過程進行監(jiān)測。

石墨烯具有完美的二維晶體結(jié)構(gòu)，它的晶格是由六個碳原子圍成的六邊形，厚度為一個原子層，約為0.34nm。碳原子之間由σ鍵連接，結(jié)合方式為sp2雜化，這些σ鍵賦予了石墨烯極其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)剛性。石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強100倍，甚至還要超過鉆石。在石墨烯中，每個碳原子都有一個未成鍵的p電子，這些p電子可以在晶體中自由移動，且運動速度高達光速的1/300，賦予了石墨烯良好的導(dǎo)電性。石墨烯優(yōu)越的性能，使其被廣泛地運用于SPR傳感領(lǐng)域。

太赫茲（THz）是波動頻率單位之一。THz波頻段大概在0.1-10THz之間，是一種新的、有很多獨特優(yōu)點的輻射源。由于太赫茲對大部分的包裝材料具有穿透性和非電離性，使其在無損安全檢測方面具有重要的應(yīng)用。此外，大多數(shù)大分子的固有振動和旋轉(zhuǎn)頻率位于太赫茲頻段，所以太赫茲在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用具有獨天得厚的優(yōu)勢。其獨特的性能也給寬帶通信、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)成像、無損檢測、安全檢查等領(lǐng)域帶來了深遠的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對以上不足之處，提供了一種太赫茲表面等離子體共振傳感裝置及使用方法。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是，一種太赫茲表面等離子體共振傳感裝置，包括基臺，所述基臺上設(shè)置有由電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)平臺，所述旋轉(zhuǎn)平臺上設(shè)置有折射率傳感耦合結(jié)構(gòu)，所述折射率傳感耦合結(jié)構(gòu)包括依次設(shè)置的三棱鏡、MgF₂基底層、緩沖層、摻雜石墨烯層、樣品池，所述樣品池設(shè)置用供樣品流入流出的出入口，流入樣品池內(nèi)的樣品直接與摻雜石墨烯層接觸，所述基臺上設(shè)置有太赫茲發(fā)射器、太赫茲接收器，三棱鏡一個側(cè)面與MgF2基底層相連接，太赫茲發(fā)射器、太赫茲接收器分別位于三棱鏡不與MgF₂基底層相連接的兩個側(cè)面的旁側(cè)，所述太赫茲接收器連接信號處理裝置。

進一步的，所述信號處理裝置為PC。

進一步的，所述MgF₂基底層粘附在三棱鏡上。

進一步的，所述緩沖層為采用聚輕基苯乙烯的衍生物NFC在MgF₂基底上進行旋涂，厚度為20?nm。

進一步的，所述摻雜石墨烯層的摻雜率為0.6?-1.64eV?。

進一步的，所述太赫茲發(fā)射器發(fā)射頻率為5THz、TM偏振的太赫茲光源。

進一步的，所述MgF₂基底層由5.5?μm厚，折射率約為1.36?的MgF₂材料構(gòu)成。

進一步的，所述三棱鏡為鍺棱鏡。