The invention belongs to the sensing field, in particular to a single molecule gas sensor with echo wall microsphere cavity embedded in graphene, which is based on the singularity of graphene. The gold electrode on the microsphere can effectively reduce the mode volume of the microsphere, greatly reduce the number of resonance modes. Depending on the physical adsorption of graphene and the characteristics of electrically adjustable Fermi level, the supermaterial graphene can accurately control the singularity of the microsphere cavity, improve the sensing response speed and sensitivity, and greatly reduce the resonant cavity energy with high quality factor. Low sensing power consumption: the response time is only one thousandth of that of electrochemical gas sensors, and the sensitivity can reach more than 10,000 times of that of traditional optical gas sensors. The sensing power consumption is as low as 70 nanowatts. The connection of ordinary single mode optical fibers can be easily accessed to the optical fiber communication network. On the basis of ensuring the small size, simple structure and fast response of the sensor, the invention realizes the sensor sensitivity reaching the single molecular weight level, and has lower sensing power consumption.
【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯内嵌的回音壁微球腔单分子气体传感器
本专利技术属于传感领域,具体涉及一种石墨烯内嵌的回音壁微球腔单分子气体传感器,基于石墨烯奇异点,可实现通过检测透射光谱模式劈裂宽度来传感气体的浓度。
技术介绍
随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视,对各种有毒、有害气体的探测,对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对气体传感器提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。高性能的气体传感器能大大提高信息采集、处理、深加工水平,提高实时预测事故的准确性,不断消除事故隐患,大幅度减少事故特别是重大事故的发生。能有效实现安全监察和安全生产监督管理的电子化,变被动救灾为主动防灾,使安全生产向科学化管理迈进。目前气体传感器主要有电化学气体传感器和光学气体传感器。传统的电化学气体传感器一般都是通过化学电解的方法来实现用电解电流强度对生化分子的传感,这种气体传感方式虽然比较成熟可靠,但其缺点也十分明显:依赖于化学反应、耗能高、体积大、系统复杂、抗电磁干扰能力弱、有很强的气体选择性、传感灵敏度不高。而近年来发展的一批基于MEMOS技术的电学传感器,在体积、能耗、灵敏度等方面虽然实现了很大的突破,但仍然没有解决其响应速度慢、系统复杂、抗电磁干扰能力弱等问题。基于光纤传感技术的光学气体传感器能基本解决上述电学气体传感器的缺点,其相比于传统的电化学气体传感器来说,具有结构简单、尺寸微小、响应速度快以及抗电磁干扰等优点,但目前已经被报道的光学气体传感器传感灵敏度最高也只能达到ppb量级,而且其传感功 ...
【技术保护点】
1.一种石墨烯内嵌的回音壁微球腔单分子气体传感器,包括二氧化硅微球、单层石墨烯和微纳光纤,其特征在于:所述二氧化硅微球是通过光纤制备而成,二氧化硅微球与光钎连接端和与其相对应的球体另一端均设置有电极,两电极关于微纳光纤与球体耦合的切面对称,单层石墨烯贴附于球体上的两电极之间,两金电极的间距为微球直径D的1/3~1/2;所述微纳光纤与制备二氧化硅微球的光纤相垂直贴附于二氧化硅微球两电极间的球面中线处,实现与微球腔的光耦合,并用以输入和输出信号;沿微纳光纤传播的光信号满足微球的谐振条件时,耦合到微球谐振腔中,且该谐振条件受表面贴附的石墨烯层影响,调节两个电极之间的电压以将该微球腔控制在简并异常点上,当石墨烯表面吸附气体分子时,简并状态被破环,简并模式发生劈裂。
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯内嵌的回音壁微球腔单分子气体传感器,包括二氧化硅微球、单层石墨烯和微纳光纤,其特征在于:所述二氧化硅微球是通过光纤制备而成,二氧化硅微球与光钎连接端和与其相对应的球体另一端均设置有电极,两电极关于微纳光纤与球体耦合的切面对称,单层石墨烯贴附于球体上的两电极之间,两金电极的间距为微球直径D的1/3~1/2;所述微纳光纤与制备二氧化硅微球的光纤相垂直贴附于二氧化硅微球两电极间的球面中线处,实现与微球腔的光耦合,并用以输入和输出信号;沿微纳光纤传播的光信号满足微球的谐振条件时,耦合到微球谐振腔中,且该谐振条件受表面贴附的石墨烯层影响,调节两个电极之间的电压以将该微球腔控制在简并异常点上,当石墨烯表面吸附气体分子时,简并状态被破环,简并模式发生劈裂。2.如权利要求1所述回音壁微球腔单分子...
【专利技术属性】
技术研发人员:姚佰承,谭腾,曹忠旭,吴宇,饶云江,
申请(专利权)人:电子科技大学,
类型:发明
国别省市:四川,51
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