[发明专利]一种基于LSPR效应的温度传感器及其制备、检测方法

说明书

一种基于LSPR效应的温度传感器及其制备、检测方法，温度传感器包括金属纳米球和透明基体，所述透明基体的表面开槽并将金属纳米球嵌入固定，金属纳米球的上半部分高出透明基体的表面；所述金属纳米球的一侧设置有激光发生器，另一侧设置有光谱仪，激光发生器发射的激光穿过金属纳米球被光谱仪接收，光谱仪进行光谱测量，通过显示吸收峰的位置判断环境温度。制备方法包括首先采用刻蚀工艺在透明基体的表面开设用于放置金属纳米球的凹槽；然后将纯净的金属纳米球放置在透明基体的凹槽上并固定。本发明能够直接放置在待测环境中，不受各种恶劣环境的限制，实现实时高效的远距离、非接触测温过程。

技术领域

本发明属于温度传感器领域，具体涉及一种基于LSPR效应的温度传感器及其制备、检测方法。

背景技术

近年来，伴随着先进纳米技术的发展，对于光学传感的研究取得了爆发性的进步，并已经被广泛应用于食品安全、环境监测、生物诊断等重要领域，光学传感的核心是分析物与电磁场发生相互作用引起的光学信号变化，因此，常见的光学传感策略通常依赖于消光、荧光、电化学发光及拉曼散射等光学现象。在各类光学传感技术中，基于消光的局域表面等离子共振(localized surface plasmon resonance，LSPR)传感技术由于具有制备简单、成本低廉、响应快速、信噪比高及无需标记等优点，因此，而受到了较多的关注。

LSPR是金属表面的自由电子云集体震荡的频率与入射光频率相同时，二者发生共振而产生的一种强等离子体消光现象。LSPR基底中最常见的是由贵金属(如金、银、铂金等)构成的纳米颗粒及纳米阵列。具备如下优点：(1)高摩尔消光系数，如纳米金棒(Aunanorod，Au NRs)的消光系数可达6×10⁹M^-1·cm^-1；(2)光谱可根据纳米结构的形状、大小、组成及相互间的耦合来进行调整；(3)具有较好的化学及光学稳定性；(4)易于进行表面修饰。LSPR基底的能量可体现为消光光谱上的波峰和波谷，受周围环境介电性质的影响大。而环境温度的改变会对金属的节点常数产生显著影响，导致金属LSPR波峰产生位移。因此，该性质成为了传统LSPR传感系统中最关注的检测参数，被广泛应用于基于亲和识别的化学、生物分子分析。现有的温度传感方案中没有将金属的LSPR性质和温度传感器结合的先例，现有的温度传感器一般利用电磁效应进行温度测量，在电磁环境复杂的情况中无法正常使用。现有的温度传感器多为接触式传感，即测量温度和观测都需要在一定距离内进行观测。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中接触式温度传感器使用过程受限制多以及操作不便的问题，提供一种基于LSPR效应的温度传感器及其制备、检测方法，能够直接放置在待测环境中，不受各种恶劣环境的限制，实现实时高效的远距离、非接触测温过程。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种基于LSPR效应的温度传感器，包括金属纳米球和透明基体，所述透明基体的表面开槽并将金属纳米球嵌入固定，金属纳米球的上半部分高出透明基体的表面；所述金属纳米球的一侧设置有激光发生器，另一侧设置有光谱仪，激光发生器发射的激光穿过金属纳米球被光谱仪接收，光谱仪进行光谱测量，通过显示吸收峰的位置判断环境温度。

优选的，所述的金属纳米球为金、银或铜制成的球形纳米颗粒。

优选的，所述的金属纳米球的直径为50nm，金属纳米球嵌入透明基体的截面跨度为40nm，吸收峰为350nm～700nm。

优选的，所述的透明基体采用平板玻璃，平板玻璃的厚度为3mm～4mm，长度为50mm，宽度为40mm。

优选的，所述金属纳米球嵌入透明基体的表面之后采用玻璃胶粘合固定。

本发明还提供一种基于LSPR效应的温度传感器制备方法，包括以下步骤：