The invention discloses a device and a method for measuring alcohol concentration by using graphene and PVDF terahertz plasma resonance effect. In the device, the lower surface of the high resistance silicon prism is sequentially arranged with graphene, PVDF thin film, silicon dioxide film, an alcohol solution to be tested and a high resistance silicon substrate. When the rotary table Si prism rotation angle detector and the turntable rotating corresponding to two times the angle, and the angle of rotation of the scan is changed in a certain range, the detector can obtain angle - reflection coefficient curve. The resonance peak of the reflection coefficient curve changes with the concentration of alcohol. Due to the large power backward wave oscillator, the detector where the turntable radius is larger, the rotation angle resolution can be less than a minute, the resonant peak mobile test solution from pure water to pure alcohol in Perspective -- the reflection coefficient curve of the measuring device in more than 16 degrees, the measurement of the measuring device of the alcohol concentration above 1/1000 accuracy.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太赫兹波
,涉及一种利用单层石墨烯和PVDF薄膜太赫兹表面等离子体谐振效应的酒精浓度测量装置及其方法。
技术介绍
太赫兹(TerahertzorTHz)波通常是指频率在0.1~10THz区间的电磁波,其光子的能量约为1~10meV,正好与分子振动及转动能级之间跃迁的能量大致相当。大多数极性分子如水分子、氨分子等对THz辐射有强烈的吸收,许多有机大分子(DNA、蛋白质等)的振动能级和转动能级之间的跃迁也正好在THz波段范围。因此,物质的THz光谱(包括发射、反射和透射光谱)包含有丰富的物理质和化学信息,其吸收和色散特性可以用来做爆炸物、药物等化学及生物样品的探测和识别,在物理学、化学、生物医学、天文学、材料科学和环境科学等方面具有重要的应用价值。石墨烯是一种只有单层碳原子厚度的六边蜂巢形状的二维材料,自2004年发现以来,越来越受人们重视,具有极其广泛的应用前景。石墨烯是世界上强度最高的材料(200倍于钢),有很高的导热(5300W/mK)和导电性(50Ω/cm),有极高的比表面积(2630m2/g),有高弹性高硬度(130GPa)。石墨烯的化学反应性强,容易与其他化学物质反应形成化合物,还能承受电离辐射,同时很轻盈,具有类似于碳纤维的韧性,而焦耳效应比碳纤维更小。石墨烯在THz波段可以很好的支持表面等离子激元,在传感、通信等方面有许多潜在的应用。PVDF是含氟乙烯基单体的共聚物,它兼具氟树脂和通用树脂的特性,除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外,还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能。PVDF有四种多 ...
【技术保护点】
一种利用石墨烯和PVDF太赫兹等离子谐振效应的酒精浓度测量装置,其特征在于包括半圆形硅棱镜(1)、单层石墨烯(2)、PVDF薄膜(3)、二氧化硅薄膜(4)、待测酒精溶液(5)、高阻硅衬底(6)、第一旋转台(7)、返波振荡器(8)、第一聚四氟乙烯透镜(9)、第二聚四氟乙烯透镜(10)、第三聚四氟乙烯透镜(11);第四聚四氟乙烯透镜(12);肖特基二极管探测器(13)、第二旋转台(14);半圆形硅棱镜(1)下表面依次紧贴布置单层石墨烯(2)、PVDF薄膜(3)、二氧化硅薄膜(4)、待测酒精溶液(5)和高阻硅衬底(6),由返波振荡器(8)发出的THz波透过第一聚四氟乙烯透镜(9)、第二聚四氟乙烯透镜(10)聚焦到半圆形硅棱镜(1),再经过半圆形硅棱镜(1)及单层石墨烯(2)、PVDF薄膜(3)、二氧化硅薄膜(4),被紧贴置于高阻硅衬底(6)上的待测酒精溶液(5)反射后出射半圆形硅棱镜(1),再透过第三聚四氟乙烯透镜(11)、第四聚四氟乙烯透镜(12)到达肖特基二极管探测器(13);半圆形硅棱镜(1)、单层石墨烯(2)、PVDF薄膜(3)、二氧化硅薄膜(4)、待测酒精溶液(5)、高阻硅衬底(6 ...
【技术特征摘要】
1.一种利用石墨烯和PVDF太赫兹等离子谐振效应的酒精浓度测量装置,其特征在于包括半圆形硅棱镜(1)、单层石墨烯(2)、PVDF薄膜(3)、二氧化硅薄膜(4)、待测酒精溶液(5)、高阻硅衬底(6)、第一旋转台(7)、返波振荡器(8)、第一聚四氟乙烯透镜(9)、第二聚四氟乙烯透镜(10)、第三聚四氟乙烯透镜(11);第四聚四氟乙烯透镜(12);肖特基二极管探测器(13)、第二旋转台(14);半圆形硅棱镜(1)下表面依次紧贴布置单层石墨烯(2)、PVDF薄膜(3)、二氧化硅薄膜(4)、待测酒精溶液(5)和高阻硅衬底(6),由返波振荡器(8)发出的THz波透过第一聚四氟乙烯透镜(9)、第二聚四氟乙烯透镜(10)聚焦到半圆形硅棱镜(1),再经过半圆形硅棱镜(1)及单层石墨烯(2)、PVDF薄膜(3)、二氧化硅薄膜(4),被紧贴置于高阻硅衬底(6)上的待测酒精溶液(5)反射后出射半圆形硅棱镜(1),再透过第三聚四氟乙烯透镜(11)、第四聚四氟乙烯透镜(12)到达肖特基二极管探测器(13);半圆形硅棱镜(1)、单层石墨烯(2)、PVDF薄膜(3)、二氧化硅薄膜(4)、待测酒精溶液(5)、高阻硅衬底(6)安装在第一旋转台(7)上;肖特基二极管探测器(13)安装在第二旋转台(14)上。2.一种使用如权利要求1所述装置的酒精浓度测量方法,其特征在于它的测量步骤如下:1)首先在高阻硅衬底(6)和二氧化硅薄膜(4)之间分别放置待测酒精溶液(5);2)返波振荡器(8)发出的太赫兹波工作在0.65THz,在经过硅棱镜(1)及单层石墨烯(2)、PVDF薄膜(3)、二氧化硅薄膜(4...
【专利技术属性】
技术研发人员:李向军,朱鑫宇,裘国华,章乐,
申请(专利权)人:中国计量大学,
类型:发明
国别省市:浙江;33
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