石墨烯材料的表面等離子波導痕量氣體傳感裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及傳感技術，具體是石墨烯材料的表面等離子波導痕量氣體傳感裝置。
【背景技術】
[0002]目前，基于碳納米管的傳感器對不同類型的氣體和蒸氣分子包括毒性氣體具有較好的檢測靈敏度，檢測范圍低至10 9甚至10 12數量級。碳納米管對無機氣體敏感性的研究報道很多，如單壁碳納米管對02、Ν02、ΝΗ3的氣敏性，以及多壁碳納米管對勵2、!12、順3的氣敏性，其中對no2的檢測限達到了 10 8o然而碳納米管傳感器價格昂貴，制備復雜，限制了其大范圍使用。改性碳納米管氣體傳感器還存在著一些不足，與某些氣體分子間的相互作用較弱，檢測效果不理想，改性方法還有待完善。如何進一步提高碳納米管氣體傳感器的選擇性，以便在復雜氣體環境中實現選擇性檢測仍然是一個有待解決的問題。
[0003]石墨烯是零帶隙半導體，具備獨特的載流子特性和優異的電學性能。除此之外，石墨烯的拉伸模量和極限強度與單壁碳納米管(SWCNT)相當，且質量輕，導熱性好，比表面積大。與昂貴的富勒烯和碳納米管相比，氧化石墨烯價格低廉，原料易得，更具競爭優勢。澳大利亞聯邦科工組織(CSIR0)的科學家研發出新型石墨烯納米傳感器，能夠探測非常低濃度的毒性氣體，如氨氣和二氧化氮，并且這種傳感器可以通過水或者乙醇分子進行恢復。然而上述傳感器探測氣體的范圍卻有了一定地退化。
[0004]目前對于痕量氣體傳感的應用研究基本集中在采用諧振腔技術和碳納米管方面。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種石墨烯材料的表面等離子波導痕量氣體傳感裝置。這種裝置能克服富勒烯和碳納米管等痕量氣體傳感裝置造價昂貴，測量后不可以再生的問題，且制作相對簡單，檢測靈敏度大易于實現。
[0006]實現本發明目的的技術方案是:
石墨烯材料的表面等離子波導痕量氣體傳感裝置，包括順序疊接的底層介質層、中間層和頂層的石墨烯納米陣列層。
[0007]所述的石墨稀納米陣列層為納米粒子結構的石墨稀陣列層。石墨稀納米粒子陣列結構，能夠增強SPPs (Surface plasmon polaritons，簡稱SPPs，表面等離子體激元)強局域化效果。
[0008]通過氧化石墨稀方法得到石墨稀納米陣列層，通過沉積、刻蝕的方法將石墨稀納米粒子陣列層吸附在玻璃層上。
[0009]入射光進入玻璃層，利用衍射光和納米粒子陣列結構激發產生石墨烯-氣體界面上的傳播的SPPs，由于痕量氣體分子能夠增加石墨烯納米陣列層的電荷載體濃度，增強材料的敏感性，改變波導的有效折射率，導致出射光強度發生變化，通過檢測光強度變化得到環境中痕量氣體濃度。
[0010]入射光的入射角度大于S1jl與玻璃層間的全反射角。
[0011]痕量氣體分子指N02、CO、氨氣等其中一種或多種。
[0012]這種裝置中由于石墨烯的低損耗、良好導體特性克服了信道中自發輻射產生的噪聲損耗；采用的納米粒子陣列不僅易于傳播SPPs，且對于痕量氣體分子的吸附效果具有顯著的改進；檢測的痕量氣體不僅可以針對單一氣體的檢測，還可針對特殊環境中多種有毒氣體測量。這一裝置提供了一種高靈敏度、測量范圍寬的傳感器件，且以現有制備技術而言，易于實現。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例的結構示意圖。
[0014]圖中，1.介質層2.中間層3.石墨稀納米陣列層4.入射光5.出射光。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本
【發明內容】
作進一步的闡述，但不是對本發明的限定。
[0016]實施例:
參照圖1，石墨烯材料的表面等離子波導痕量氣體傳感裝置，包括順序疊接的底層介質層1、中間層2和頂層的石墨稀納米陣列層3。
[0017]所述介質層1為3;102介質層。
[0018]所述中間層2為玻璃層。
[0019]所述的石墨稀納米陣列層3為納米粒子結構的石墨稀陣列層。石墨稀納米粒子陣列結構，能夠增強SPPs強局域化效果。
[0020]通過氧化石墨稀方法得到石墨稀納米陣列層3，通過沉積、刻蝕的方法將石墨稀納米粒子陣列層3吸附在玻璃層上。
[0021]入射光4進入玻璃層，利用衍射光和納米粒子陣列結構激發產生石墨烯-氣體界面上的傳播的SPPs，由于痕量氣體分子能夠增加石墨稀納米陣列層3的電荷載體濃度，增強材料的敏感性，改變波導的有效折射率，導致出射光5強度發生變化，通過檢測射光5強度變化得到環境中痕量氣體濃度。
[0022]所述入射光4的入射角度大于介質層1與中間層2間的全反射角。
[0023]所述的痕量氣體分子指N02、C0、氨氣等其中一種或多種。
【主權項】
1.石墨烯材料的表面等離子波導痕量氣體傳感裝置，其特征是，包括順序疊接的底層介質層、中間層和頂層的石墨烯納米陣列層。2.根據權利要求1所述的石墨烯材料的表面等離子波導痕量氣體傳感裝置，其特征是，所述的石墨烯納米陣列層為納米粒子結構的石墨烯陣列層。
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯材料的表面等離子波導痕量氣體傳感裝置，其特征是，包括順序疊接的底層介質層、中間層和頂層的石墨烯納米陣列層；所述的石墨烯納米陣列層為納米粒子結構的石墨烯陣列層。這種裝置中由于石墨烯的低損耗、良好導體特性克服了信道中自發輻射產生的噪聲損耗；采用的納米粒子陣列不僅易于傳播SPPs，且對于痕量氣體分子的吸附效果具有顯著的改進；檢測的痕量氣體不僅可以針對單一氣體的檢測，還可針對特殊環境中多種有毒氣體測量。這一裝置提供了一種高靈敏度、測量范圍寬的傳感器件，且以現有制備技術而言，易于實現。
【IPC分類】G01N21/41
【公開號】CN105372207
【申請號】CN201510826421
【發明人】朱君, 徐汶菊, 秦柳麗, 宋樹祥, 傅得立
【申請人】廣西師范大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月25日