[發明專利]一種基于碳納米管薄膜的柔性太赫茲超材料傳感器

在審

• 申請號: 202110984824.7
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113820292A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 王玥;周韜;陳素果;張向;張曉菊;崔子健
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;G01N21/01
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王敏強

本發明公開了一種基于碳納米管薄膜的柔性太赫茲超材料傳感器，包括若干個結構相同的正方形的傳感器結構單元規則排列而成，形成周期性陣列結構。傳感器結構單元的邊長為140?150μm。傳感器結構單元具體結構為：包括正方形的底部柔性襯底，底部柔性襯底中心位置處設置有圓形的碳納米管薄膜圖層，底部柔性襯底上還設置有環形的金屬圖樣，金屬圖樣在碳納米管薄膜圖層外圍設置，且金屬圖樣與碳納米管薄膜圖層共圓心。本發明可以更好地實現微量液體的檢測，同時具有柔性的特點。

技術領域

本發明屬于超材料技術領域，具體涉及一種基于碳納米管薄膜的柔性太赫茲超材料傳感器。

背景技術

太赫茲波波長介于微波與紅外之間，頻率范圍在0.1THz到10THz之間，由于太赫茲波光子能量低、攜帶信息豐富等優點，在成像、探測、定性鑒別等領域展示出廣泛的應用前景。

超材料這種人工周期性結構為實現電磁波調控提供了一種全新的方法，與傳統材料不同，超材料具有負介電常數、負磁導率、負折射率等常規材料不具備的神奇特性。而且自然界中很少有在太赫茲波段產生良好電磁響應的材料，超材料可以依托人為設計，實現特定頻率響應的特性在太赫茲領域展示出了前所未有的前景，獲得了人們的廣泛關注。

碳納米管作為一種一維納米材料，重量較輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、化學和電學性能，碳納米管薄膜因其超寬的吸收光譜、高電荷載流子遷移率、良好的加工性能和高機械彈性而顯示出良好的用于光電傳感器的前景。一般的傳感器重量大，制作難度大，特異性檢測較差，這在一定程度上限制了傳感器的發展，而碳納米管的特異性，碳納米管薄膜的易得性，在傳感領域無疑顯示出了巨大的應用前景，為更加方便地、靈敏地實現微量液體的檢測，抗原多肽等生物生化大分子的特異性檢測提供了新方向。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于碳納米管薄膜的柔性太赫茲超材料傳感器，可以更好地實現微量液體的檢測，同時具有柔性的特點。

本發明所采用的技術方案是，一種基于碳納米管薄膜的柔性太赫茲超材料傳感器，包括若干個結構相同的正方形的傳感器結構單元規則排列而成，形成周期性陣列結構。

本發明的特點還在于，

傳感器結構單元的邊長為140-150μm。

傳感器結構單元具體結構為：包括正方形的底部柔性襯底，底部柔性襯底中心位置處設置有圓形的碳納米管薄膜圖層，底部柔性襯底上還設置有環形的金屬圖樣，金屬圖樣在碳納米管薄膜圖層外圍設置，且金屬圖樣與碳納米管薄膜圖層共圓心。

碳納米管薄膜圖層厚度為0.5-2μm，半徑為30-50μm。

金屬圖樣厚度為0.1-0.2μm，內徑為50-60μm，環寬度為0.5-1um。

底部柔性襯底為聚酰亞胺，底部柔性襯底厚度為4-5μm，底部柔性襯底邊長為140-150μm，即為所述傳感器結構單元邊長。

金屬圖樣的材料為金、銀、銅其中一種。

本發明的有益效果是，一種基于碳納米管薄膜的柔性太赫茲超材料傳感器，具有單層金屬圖樣和單層碳納米薄膜，結構簡單、方便加工；透射頻點多，透射率較高，最高峰有將近90％的透射率；采用對稱結構，降低了透射頻點偏移；整體器件具有質量輕，便攜性，柔性的特點；與大部分傳感器件相比，本發明提出的傳感器依靠碳納米管薄膜的獨特的特異型性，為多肽提供特異性檢測方案，同時實現了更加方便的、靈敏的微量液體的檢測。本發明專利與碳納米管薄膜結合，由于碳納米管具有特異性，碳納米管可以和抗原多肽特異性結合，碳納米管薄膜和金屬結合具有共振增強，在太赫茲波段有多個透射頻點的特點，襯底的聚酰亞胺使器件具有柔性的特點，可以更加方便、靈敏地實現微量液體和多肽、牛血清白蛋白的特異性檢測。

附圖說明

圖1是本發明一種基于碳納米管薄膜的柔性太赫茲超材料傳感器單元結構的三維視圖；