[发明专利]柔性微流管道气体流量传感器及其制备方法、使用方法

说明书

本发明提出了一种柔性微流管道气体流量传感器及其制备方法、使用方法，与已有的技术相比较，柔性微流管道气体流量传感器，包括硅基底层，硅基底层的上侧设置有PDMS微流管道层，PDMS微流管道层上设置有超表面结构层，PDMS微流管道层和超表面结构层的上侧设置有PDMS保护层。本发明制备方法较为简单，操作方便，且成本低廉，能够在高温、黑暗、狭窄等复杂环境下进行管道气体微流量测试。

技术领域

本发明涉及气体流量传感器的技术领域，特别是指一种柔性微流管道气体流量传感器及其制备方法、使用方法。

背景技术

超表面是一种基于亚波长结构的功能膜层器件，也称超构表面或二维超构材料，利用其亚波长结构能与电磁波产生奇异的响应，对电磁波振幅、相位、偏振进行调控。超表面器件是基于对微小单元的调控，所以可以使器件性能的灵敏度大大提高，既保留了传统超构材料独特的电磁特性，又兼具厚度薄、易加工等优势，在轻量化平面成像、电磁吸收和虚拟赋形、大视场全息等诸多领域具有广泛的应用潜力。

太赫兹波(terahertz wave)通常是指位于0.1THz～10THz之间的电磁波谱，兼具了电子学和光子学的优势，单光子能量低，且对非极性分子组成的物质具有很好的穿透性，因而在安检、物质鉴别、地质探测和无线通信等领域有重要的潜在应用。太赫兹时域光谱技术能够同时探测电场的振幅和相位，更加全面地测量超材料的电磁响应特性，因此，THz技术和超材料的发展是相辅相成的。

太赫兹超材料由亚波长金属微结构阵列组成，可以通过调节基底材料折射率、金属膜厚、微结构形状和周期等参数对超材料中电磁共振模式进行调制，不同偏振和入射角的太赫兹光束可表现出相同或相异的光谱特性。

发明内容

基于微纳加工技术和太赫兹时域光谱检测技术，本发明设计了一种柔性微流管道气体流量传感器及其制备方法、使用方法，与已有的技术相比较，该器件制备方法较为简单，操作方便，且成本低廉，能够在高温、黑暗、狭窄等复杂环境下进行管道气体微流量测试。

本发明的技术方案是这样实现的：柔性微流管道气体流量传感器，包括硅基底层，硅基底层的上侧设置有PDMS微流管道层，PDMS微流管道层上设置有超表面结构层，PDMS微流管道层和超表面结构层的上侧设置有PDMS保护层。

进一步地，PDMS微流管道层包括设置于硅基底层上侧的多个微流管道本体和气体流量测试点，微流管道本体的一端为进气口，另一端为出气口，气体流量测试点设置于进气口和出气口之间的硅基底层上，气体流量测试点与微流管道本体之间通过连接口相连，连接口为梯形，与微流管道的接触端较大，与气体流量测试点的接触端较小。

进一步地，超表面结构层一一对应设置于气体流量测试点的上端，超表面结构层包括超表面结构本体，每个气体流量测试点对应的超表面结构本体的图案不同。

进一步地，PDMS保护层在超表面结构层上方区域的厚度小于PDMS微流管道层上方区域的厚度。

进一步地，气体流量测试点为圆形气泡点，圆形气泡点的直径小于500um。

进一步地，每个气体流量测试点的超表面结构本体的阵型和数目相同，单个超表面结构本体尺寸为20×20um。

所述的柔性微流管道气体流量传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用光刻技术在硅基底层上制备PDMS微流管道层；

(2)利用光刻技术结合磁控溅射技术在PDMS微流管道层的气体流量测试点上制备超表面结构层，不同气体流量测试点上的超表面结构本体的图案不同；

(3)PDMS进行两次覆盖：先用均胶机在带有超表面结构层的PDMS微流管道层上方均匀覆盖一层PDMS，等第一层PDMS烘干后，再使用匀胶棒，避开超表面结构本体区域，在PDMS微流管道层上方的其他区域均匀涂覆一层PDMS。