一种用于红外光谱的衬底制造技术

本发明专利技术提供了一种用于红外光谱的衬底，这种衬底的结构包括窗口层和支撑基底，窗口层位于支撑基底之上，选用单原子至1000个原子层厚度的二维材料；支撑基底的横向切面形状为圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五角形结构、正六边形、八角形，所述支撑基底的几何尺寸为500μm‑5cm，厚度为1μm‑5cm；支撑基底其上设置有若干通孔结构，通孔以阵列形式排布，通孔阵列的中心与基底的几何中心基本保持一致，通孔之间的间距为1μm‑4cm；所述通孔对应的窗口层部位形成悬空的窗口层；其中所述二维材料选自石墨烯，二硫化钼，氮化硼，MX2，黑磷。

Substrate for infrared spectrum

The invention provides a substrate for infrared spectroscopy, the structure of the substrate includes a window layer and a supporting substrate, the window layer located on the support substrate with a two-dimensional material layer thickness of single atoms to 1000 atoms; the cross section shape of the support base is circular, oval, triangular, square, rectangular and five angle structure, hexagonal, octagonal, the support base size is 500 m 5cm, thickness of 1 m 5cm; the support base which is provided with a plurality of through holes, through holes in array arrangement, the geometric center of the center and the base hole array of consistent spacing through hole between 1 m 4cm; part of the window layer corresponding to the through holes formed floating window layer; wherein the two-dimensional material selected from the group consisting of graphite, MoS2, boron nitride, MX2, black phosphorus.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外光探测
，特别涉及一种用于红外光谱的衬底及制备方法。
技术介绍
红外光谱技术是一种直接探测分子振动模式实现对物质进行特征识别及定量分析的技术及方法。该技术具有高度的“指纹”特征性，无需样品标记，响应速度快，仪器普及率最高，光谱图库最齐全等优点，是确定分子组成、构象和结构变化信息的强力工具和不可或缺的手段，已广泛应用于环境监测、食品安全检测、化学组成分析、爆炸物检测和生物医疗等关系国计民生及国民经济命脉的重要领域。红外光谱分析中基底的红外光谱信号对于样品的测量结果有十分重要的影响。目前常用的红外窗口材料如MgF2，CaF2，BaF2，NaCl，AMTIR,AgBr，KCl，KRS-5，CsBr，Csl，ZnS，ZnSe，Ge，Diamond，Si，Silica SiO2IR Grada，石蜡，没有一种能够实现指纹区至官能团区域(400cm-1至6000cm-1)的高透过率。在实际应用中会在不同的测量波段选择不同的窗口基底，给实验者带来不便；即使在透光波段这些材料由于折光因素的影响也很难达到超过97％的透光率。另外，这些常用的红外窗口材料自身也存在一定的问题，例如NaCl和KBr易容于水，石蜡自身的红外吸收活性较强、BaF2脆性大，Diamond价格昂贵等。这些问题对于实现简单、快捷、准确的红外光谱测量带来诸多困扰。因此，需要研发一种具有高透过率和低折光率，并能覆盖近红外至远红外波段红外光测量的红外光谱衬底。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于红外光谱的衬底，这种衬底的结构包括窗口层和支撑基底，窗口层位于支撑基底之上，选用单原子至1000个原子层厚度的二维材料；支撑基底的横向切面形状为圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五角形结构、正六边形、八角形，所述支撑基底的几何尺寸为500μm-5cm，厚度为1μm-5cm；支撑基底其上设置有若干通孔结构，通孔以阵列形式排布，通孔阵列的中心与基底的几何中心基本保持一致，通孔之间的间距为1μm-4cm；所述通孔对应的窗口层部位形成悬空的窗口层；其中所述二维材料选自石墨烯，二硫化钼，氮化硼，MX2，黑磷。优选地，所述MX2中M选自Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Re，X选自S,Se,Te。优选地，所述窗口层厚度范围为0.3nm-1000nm。优选地，所述通孔的横向切面为圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五角形结构、正六边形、八角形。优选地，所述通孔的孔径为25μm-5cm。优选地，所述支撑基底的材料为金属。优选地，所述支撑基底的材料为无机晶体或有机塑料。优选地，所述支撑基底选自铝、铜、金钢。优选地，所述支撑基底选自硅、石英、氟化钙。优选地，所述通孔的数量为1-25个。附图说明参考随附的附图，本专利技术更多的目的、功能和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1为根据本专利技术的用于红外光谱的衬底的结构示意图。图1A为红外光谱衬底的剖面图；图1B为红外光谱衬底的俯视图。图2为用于红外光谱的衬底的结构实物示例图。图2A为单层石墨烯作为悬空窗口层的光学显微镜照片图(圆形通孔，直径250μm)；图2B为单层石墨烯作为悬空窗口层的光学显微镜照片图电子显微镜示意图(圆形通孔，直径250μm)；图2C为单层二硫化钼作为悬空窗口层的光学显微镜照片图(方形通孔，边长100μm)；图2D为单层氮化硼作为悬空窗口层的光学显微镜照片图(方形通孔，边长100μm)。图3为本专利技术的用于红外光谱的衬底的材料与氟化钙用于红外光谱衬底的透过率对比图。图4为本专利技术的用于红外光谱的衬底的实际应用展示。图5示意性示出了根据本专利技术的用于红外光谱的衬底的制作方法示意图。所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本专利技术进行了描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。具体实施方式通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。本专利技术提供了一种用于红外光谱的衬底。图1为根据本专利技术的用于红外光谱的衬底的结构示意图。其中，图1A为红外光谱衬底的剖面图；图1B为红外光谱衬底的俯视图。如图1A和图1B所示，这种衬底结构包括：窗口层101和支撑基底102，窗口层101位于支撑基底102之上，厚度为0.3nm-1000nm，采用的是单原子层至1000个原子层的具有极其优异的红外透光性能的二维材料，比如：一层至1000个原子层厚度的石墨烯，二硫化钼，氮化硼，MX2(M＝Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Re；X＝S,Se,Te)，黑磷。支撑基底的横向切面形状为圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五角形结构、正六边形、八角形，所述支撑基底的几何尺寸为500μm-5cm，厚度为1μm-5cm，支撑基底选用的是坚固、平整稳定的材料，比如金属(Al、Cu、Au、钢等)、无机晶体(硅，石英、氟化钙等)和有机塑料等。支撑基底上设置有若干(1-25个)通孔结构103，通孔以阵列形式排布，通孔阵列的中心与基底的几何中心基本保持一致，通孔之间的间距为1μm-4cm；通孔的孔径为25μm-5cm，通孔的横向切面为圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五角形结构、正六边形、八角形。支撑基底加工通孔结构的目的是用于形成悬空的窗口，也就是说，支撑基底上通孔的部位对应悬空的窗口层104。悬空的窗口层104主要是利用悬空的单原子层至1000个原子层的二维材料具有极其优异的红外透光性能来实现红外检测的目的。图2为用于红外光谱的衬底的结构实物示例图。其中，图2A为单层石墨烯作为悬空窗口层的光学显微镜照片图(圆形通孔，直径250μm)；图2B为单层石墨烯作为悬空窗口层的光学显微镜照片图电子显微镜示意图(圆形通孔，直径250μm)；图2C为单层二硫化钼作为悬空窗口层的光学显微镜照片图(方形通孔，边长100μm)；图2D为单层氮化硼作为悬空窗口层的光学显微镜照片图(方形通孔，边长100μm)。如图2所示，使用这种特殊的转移方法可以成功转移悬空的大面积的单层、双层以及多层二维材料，并且制备的样品完整、干净。这些悬空的二维材料(窗口层)因为厚度极小，因此具有极大的比表面，但是由于它们的微观机械性能、化学性能和热力学性能稳定，因此可以作为窗口层支撑待测的分子。另外，由于这些材料本身没有或只有很小的本征吸收以及它们优异的透过率和低的折射率和散射能力的性质，因此它们作为窗口材料具有比传统窗口材料更加优异的性能。图3为本专利技术的用于红外光谱的衬底的材料与氟化钙用于红外光谱衬底的透过率对比图。从图3可以看出，对比常用的CaF2窗口材料，本专利技术开发的单层石墨烯、单层二硫化钼、单层氮化硼这几种衬底在全谱范围内都具有很高的透过率，几乎接近100％。图4为本专利技术的用于红外光谱的衬底的实际应用展示。图4为1mm厚度的CaF2、2nm厚度的Graphene和2nm厚度的MoS2作为衬底测量PEO薄膜的吸收率对比图。如图4可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于红外光谱的衬底，这种衬底的结构包括窗口层和支撑基底，窗口层位于支撑基底之上，选用单原子至1000个原子层厚度的二维材料；支撑基底的横向切面形状为圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五角形结构、正六边形、八角形，所述支撑基底的几何尺寸为500μm‑5cm，厚度为1μm‑5cm；支撑基底其上设置有若干通孔结构，通孔以阵列形式排布，通孔阵列的中心与基底的几何中心基本保持一致，通孔之间的间距为1μm‑4cm；所述通孔对应的窗口层部位形成悬空的窗口层；其中所述二维材料选自石墨烯，二硫化钼，氮化硼，MX2，黑磷。

【技术特征摘要】
1.一种用于红外光谱的衬底，这种衬底的结构包括窗口层和支撑基底，窗口层位于支撑基底之上，选用单原子至1000个原子层厚度的二维材料；支撑基底的横向切面形状为圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五角形结构、正六边形、八角形，所述支撑基底的几何尺寸为500μm-5cm，厚度为1μm-5cm；支撑基底其上设置有若干通孔结构，通孔以阵列形式排布，通孔阵列的中心与基底的几何中心基本保持一致，通孔之间的间距为1μm-4cm；所述通孔对应的窗口层部位形成悬空的窗口层；其中所述二维材料选自石墨烯，二硫化钼，氮化硼，MX2，黑磷。2.根据权利要求1所述的红外光谱衬底，其中所述MX2中M选自Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Re，X选自S,Se,Te。...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海，胡德波，刘瑞娜，白冰，杨晓霞，戴庆，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11