一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置，包括控制器、加热激光器、探测激光器和线阵CCD设备，其中，加热激光器和探测激光器分别布置在被测液滴的两侧，且加热激光器和探测激光器之间设置有倾角，线阵CCD设备用于采集被测液滴经过激光照射的彩虹信号，并将采集到的彩虹信号传输到控制器，控制器用于接收彩虹信号，并对接收到的彩虹信号进行处理分析，得到被测液滴的温度；本发明专利技术提供的激光彩虹方法能够同时测量出液滴的折射率及粒径，具有非接触的特征，且测量精度高；同时，因彩虹法测量的折射率是液滴整体的反映，借助液体折射率与温度的关系，彩虹法能够测量的是液滴的整体平均温度，而非局部温度。

A Measuring Device and Method for Photothermal Temperature Rising of Precious Metal Nanoparticles Solution

【技术实现步骤摘要】
一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置及方法
本专利技术属于光学测量
，涉及一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置及方法。
技术介绍
特定波长的激光照射到贵金属纳米颗粒表面，使贵金属纳米颗粒产生局域等离子体共振效应，使贵金属纳米颗粒对特定波长的光表现出强烈的散射和吸收增强效应。吸收的光能通过非辐射月前过程转化为热能，造成颗粒发热，进而使贵金属纳米颗粒周围环境介质的温度升高，即光热效应(Photothermal，PT)。基于贵金属纳米颗粒的光热效应，可应用于光热癌症治疗、光热成像、光热催化、光热加工等领域，贵金属纳米颗粒的光热效应逐渐成为纳米科技中的重要课题。贵金属纳米颗粒光热效率的研究是贵金属纳米颗粒应用的重要依据，所欲，对于贵金属纳米颗粒溶液光热升温过程的实时、精准的监测显得尤为重要。现有的溶液温度技术中，贵金属纳米颗粒溶液的温度测量方式包括接触式测量和非接触式测量，且以接触式的热电偶测温为主，热电偶装配简单，更换方便，测量精度高，测量范围大，热响应时间快，但激光对纳米颗粒溶液的加热过程通常处于非平衡升温过程，温度不均匀。同时，热电偶为点温度探测器，测量的温度是热电偶探头周围附近的温度，而不是整体的平均温度或等效温度。热电偶测温因其接触式的特点，测量过程中必然会带来接触式散热。非接触式测量主要是基于光学方法进行，包括微分干涉像衬显微技术、光热相关谱、光热成像技术等。微分干涉像衬显微技术等非接触测量方式，避免了接触式散热，但实验系统较为复杂，测量要求高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置及方法，本专利技术通过采集液滴的彩虹信号分析液滴折射率的变化来反应液滴的温度变化情况，本专利技术操作简单，且得到的温度为液滴整体的平均温度。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供的一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置，包括控制器、加热激光器、探测激光器和线阵CCD设备，其中，加热激光器和探测激光器分别布置在被测液滴的两侧，且加热激光器和探测激光器之间设置有倾角，线阵CCD设备用于采集被测液滴经过激光照射的彩虹信号，并将采集到的彩虹信号传输到控制器，控制器用于接收彩虹信号，并对接收到的彩虹信号进行处理分析，得到被测液滴的温度。优选地，加热激光器和探测激光器之间的夹角为10～130°。优选地，探测激光器和被测液滴之间设置有两组柱面镜，每组柱面镜包括两个柱面镜本体，其中，探测激光器和柱面镜本体之间同轴布置。优选地，控制器还连接有显微相机。一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量方法，基于一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置，包括以下步骤：步骤1，利用一束加热激光和一束探测激光从不相同的两个方位入射通过贵金属纳米颗粒液滴；步骤2，利用高速线阵CCD采集探测激光通过液滴后的彩虹信号；步骤3，通过对采集到的彩虹信号进行处理分析，得到液滴的折射率；步骤4，利用温度和折射率的关系，得到所测液滴的温度。优选地，步骤3中，通过对采集到的彩虹信号进行处理分析的具体方法是：通过线阵CCD测量得到彩虹信号，进而得到Airy峰角的位置θiAirg，通过位置θiAirg计算初始温度对应的折射率n0；将彩虹信号通过快速傅里叶变换得到Ripple频率fRipple，通过Ripple频率fRipple计算非初始温度下对应的连续折射率n。优选地，通过位置θiAirg得到初始温度对应的折射率的具体方法是：Airy峰位置θiAirg表示为：其中，θrg为一阶彩虹几何光学角；zi为确定的一组常数；d为液滴粒子的直径，λ为入射光波的波长，n0为液滴粒子在初始温度下对应的折射率。优选地，通过Ripple频率fRipple计算非初始温度下对应的连续折射率n的具体方法是：首先，通过Ripple频率fRipple的表达式计算得到非初始温度下的一个Ripple频率fRipple周期内的连续折射率n1，其中：Ripple频率fRipple的表达式：fRipple＝0.02699n1-1.4944d其中，n1为液滴粒子非初始温度下的一个Ripple频率fRipple周期内的连续折射率，d为液滴粒子的直径；其次，通过CSD方法计算两个相邻的Ripple频率fRipple之间的相位差，将该相位差和非初始温度下的一个Ripple频率fRipple周期内的连续折射率n1相结合，进而得到连续时间内非初始温度下的连续折射率n。优选地，步骤4，将步骤3中得到的初始温度对应的折射率n0和非初始温度下对应的连续折射率n分别代入式(1)中，得到被测溶液的初始温度和连续温度：T表示摄氏温度；A(T)＝1.3208-1.2325×10-5T-1.8674×10-6T2+5.0233×10-9T3；B(T)＝5208.2413-0.5179T-2.284×10-2T2+6.9608×10-5T3；C(T)＝-2.5551×108-18341.336T-917.2319T2+2.7729T3；D(T)＝9.3495+1.7855×10-3T+3.6733×10-5T2-1.2932×10-7T3。优选地，步骤1，加热激光和探测激光光线之间的夹角为10～130°。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置及方法，通过不同方位的加热激光和探测激光照射被测液滴，通过CCD设备采集被测液滴的彩虹信号，而在一阶激光彩虹强度分布中，有Airy结构和叠加在Airy结构上的高频Ripple结构，通过对Airy结构的分析，得到彩虹角的位置，根据彩虹角的位置得到初始温度下被测液体的折射率与直径的关系；通过对Ripple结构进行分析，得到Airy峰间距，根据Airy峰间距得到一段时间内非初始温度下一个Ripple频率fRipple周期内被测液滴的折射率与直径的关系；同时，将Airy峰间距和交叉谱密度分析法相结合，进而得到一段时间内非初始温度下被测液滴的连续折射率与直径的关系；进而结合液体的折射率与波长、温度的关系式得到被测液滴的温度；本专利技术提供的激光彩虹方法能够同时测量出液滴的折射率及粒径，具有非接触的特征，且测量精度高；同时，因彩虹法测量的折射率是液滴整体的反映，借助液体折射率与温度的关系，彩虹法能够测量的是液滴的整体平均温度，而非局部温度。同时，本专利技术提供的贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置，实验装置简单，易于操作，且测量的是液滴整体平均温度，有利于贵金属纳米颗粒溶液光热转换效率的计算，同时，测量的液滴可以回收再次使用，可实现无损测量。进一步的，加热激光和探测激光光线之间的夹角范围为10°～130°之间，避免加热激光的彩虹信号与探测激光的彩虹信号重叠。进一步的，通过两组柱面镜对探测激光的光束进行调整，一组使光束横向加宽，一组使光束纵向压缩，这样可以使光束横向尺寸足够照射整个液滴的直径区域，且得到的一阶彩虹宽度较大，且能量不会分散。综上所述，本专利技术方法可非接触式、无损测量贵金属纳米颗粒光热升温过程，实验操作简单。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1是本专利技术测量装置示意图；其中，1、控制器2、加热激光器3、探测激光器4、线阵CCD设备5、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置，其特征在于，包括控制器(1)、加热激光器(2)、探测激光器(3)和线阵CCD设备(4)，其中，加热激光器(2)和探测激光器(3)分别布置在被测液滴(6)的两侧，且加热激光器(2)和探测激光器(3)之间设置有倾角，线阵CCD设备用于采集被测液滴(6)经过激光照射的彩虹信号，并将采集到的彩虹信号传输到控制器，控制器用于接收彩虹信号，并对接收到的彩虹信号进行处理分析，得到被测液滴(6)的温度。

【技术特征摘要】
1.一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置，其特征在于，包括控制器(1)、加热激光器(2)、探测激光器(3)和线阵CCD设备(4)，其中，加热激光器(2)和探测激光器(3)分别布置在被测液滴(6)的两侧，且加热激光器(2)和探测激光器(3)之间设置有倾角，线阵CCD设备用于采集被测液滴(6)经过激光照射的彩虹信号，并将采集到的彩虹信号传输到控制器，控制器用于接收彩虹信号，并对接收到的彩虹信号进行处理分析，得到被测液滴(6)的温度。2.根据权利要求1所述的一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置，其特征在于，加热激光器(2)和探测激光器(3)之间的夹角为10～130°。3.根据权利要求1所述的一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置，其特征在于，探测激光器(3)和被测液滴(6)之间设置有两组柱面镜，每组柱面镜包括两个柱面镜本体，其中，探测激光器(3)和柱面镜本体之间同轴布置。4.根据权利要求1所述的一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置，其特征在于，控制器还连接有显微相机(5)。5.一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量方法，其特征在于，基于权利要求1-4中任一项所述的一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量装置，包括以下步骤：步骤1，利用一束加热激光和一束探测激光从不相同的两个方位入射通过贵金属纳米颗粒液滴；步骤2，利用高速线阵CCD采集探测激光通过液滴后的彩虹信号；步骤3，通过对采集到的彩虹信号进行处理分析，得到被测液滴的折射率；步骤4，利用温度和折射率的关系，得到所测液滴的温度。6.根据权利要求5所述的一种贵金属纳米颗粒溶液光热升温的测量方法，其特征在于，步骤3中，通过对采集到的彩虹信号进行处理分析的具体方法是：通过线阵CCD测量得到彩虹信号，进而得到Airy峰角的位置θiAirg，通过位置θiAirg计算初始温度对应的折射率n0；将彩虹信号通过快速傅里叶变换得到Ripple频率fRipple，通过Ripple频率fRipple计算非初始温度下对应的连续折射率n。7.根据权利要求6所述的一种贵金属纳米颗粒溶液光...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗道斌，师博，骞来来，秦毅盼，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61