[发明专利]一种超表面传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超表面传感器及其制备方法，涉及太赫兹电磁波超表面技术领域；超表面传感器包括石墨烯层、聚酰亚胺层、钙钛矿层、金属微谐振器结构层、聚酰亚胺基底层和紫石英玻璃层。通过家蚕丝胶改变石墨烯的费米能级，引起介电环境的改变，进而使得太赫兹波的相位发生变化，当太赫兹波穿过钙钛矿后，这种变化可以被有效的放大，最后通过这种相位的变化实现超灵敏定性检测。

技术领域

本发明涉及太赫兹电磁波超表面技术领域，更具体的说是涉及一种超表面传感器及其制备方法。

背景技术

太赫兹(THz)波普技术比微波和红外电磁波技术发展晚，太赫兹频带被称为THz空隙。太赫兹波是一种波长在30μm到3000μm范围内，频率在0.1到10THz的电磁波，介于微波与红外线频带之间。得益于太赫兹的光子能量很低、穿透性很高，能与生物大分子发生共振，具有生物指纹图谱等众多特征。太赫兹波普技术在新世纪迅速发展，被列为10大新型技术之一，在生物医疗、通讯、公共安全等方面存在广泛的应用前景。特别地，太赫兹传感技术具有独特的优势，基于太赫兹电磁波的传感器成为目前科研的热点。而目前现有的太赫兹波传感器难以实现超灵敏探测性能。

因此，如何提供一种新型的太赫兹波传感器是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种超表面传感器、装置、系统及其制备方法，通过对家蚕胶丝进行定性传感检测，实现超灵敏传感性能。首先，家蚕丝胶与石墨烯发生共价结合，对石墨烯n掺杂，改变石墨烯的费米能级，引起介电环境的改变，进而使得太赫兹波的相位发生变化，当太赫兹波穿过钙钛矿后，这种变化可以被有效的放大，最后通过这种相位的变化实现超灵敏定性检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超表面传感器，包括依次设置的：

石墨烯层、聚酰亚胺层、钙钛矿层、金属微谐振器结构层、聚酰亚胺基底层、紫石英玻璃层；

所述石墨烯层表面覆盖有家蚕胶丝层；

所述金属微谐振器结构层包括基本金属单元。

上述技术方案的原理是：在太赫兹光子激发下，所述金属微谐振器结构层产生类电磁诱导透明响应；在家蚕胶丝与石墨烯层产生共价吸附时，所述石墨烯层被n-掺杂，所述家蚕丝胶与石墨烯层之间的共价吸附作用，使得石墨烯的电导率改变，对太赫兹波的相位的介电环境产生影响。在工作状态下，通过调节家蚕胶丝的浓度参数，调节所述石墨烯的参杂的强度，以改变所述电导率的大小与价电环境的程度，进而对太赫兹光子的相位产生初始的改变，所述太赫兹波经过钙钛矿后，使得相位变化信号放大，实现超灵敏的相位传感。

优选的，所述基本金属单元为多个且呈阵列式周期性排列。

优选的，所述基本金属单元包括一个长方形金属条和位于所述长方形金属条一侧的两个椭圆开口谐振金属环，两个所述椭圆开口谐振金属环开口相对且无接触。

优选的，所述石墨烯层设置有无石墨烯覆盖的空白区域，所述空白区域与所述基本金属单元数量及位置相对应。

优选的，所述聚酰亚胺层的厚度为1.5μm；所述钙钛矿层厚度为250nm；所述金属微谐振器结构层的厚度200nm；所述聚酰亚胺基底层的厚度为10μm；所述紫石英玻璃层的厚度为300μm。

优选的，所述石墨烯层为三层。

本发明还提供了一种如上技术方案所述的超表面传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过甩胶工艺，在紫石英玻璃层上旋涂聚酰亚胺基底层；

(2)通过光刻工艺，在所述聚酰亚胺基底层的正面制备金属微谐振器层；

(3)将钙钛矿旋涂在所述金属微谐振器层上；