一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器，包括有介质层与金属板，介质层覆盖在金属板衬层的表面上，介质层由周期排列的T型单元组成，T型单元由4个旋转对称的T型结构组成。本文发明专利技术公开的超材料固液传感器可实现双频或单频的窄带吸收以及对不同折射率固体和液体的高灵敏度传感应用。体和液体的高灵敏度传感应用。体和液体的高灵敏度传感应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器


[0001]本专利技术属于超材料吸收器和传感器
，具体涉及一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器。

技术介绍

[0002]超材料是一种特殊设计的人工层状复合材料，具有天然材料所不具备的物理特性，例如对电磁波幅度和相位调控、负折射率等。超材料完美吸收器通过优化结构、尺寸和排列方式，调节特定频率的等效阻抗Z与自由空间的波阻抗相匹配，该频段的电磁波进入吸收器中并在该器件的内部被介质层或者金属层完全损耗掉，从而实现超材料吸收器对电磁波的完美吸收。
[0003]典型的金属
‑
介质
‑
金属三层结构超材料吸收器中的金属结构具有复杂的几何形状，导致制作成本高并且制作困难，可能会阻碍许多实际应用。最近研究出一种全介质谐振器结构的超材料吸收器，与金属谐振器相比，介质谐振器可以避免焦耳热，由于全介质超材料吸收器具有简单的几何形状，所以制作简单并且成本较低。例如，Luo等人提出了一种基于全介质谐振腔结构的太赫兹(THz)双频超表面吸收器，通过激发表面等离子激元(SPPs)的激发和导模共振得到99％的吸收率。Weng等人提出一种由嵌入低折射率介质中的两个耦合亚波长半导体谐振器组成的全介质吸波超表面，在红外波段实现了超过99％的宽带吸收。在众多的超材料吸收器器件中，具有窄带宽的超材料吸收器能够广泛地应用在传感领域。到目前为止，超材料吸收器应用于传感中，且能同时实现固态和液态传感的鲜有报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器，可以在太赫兹频段内实现窄带吸收，并且能够实现对不同折射率固体和液体的高灵敏度传感。
[0005]本专利技术提供了一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器，包括有介质层与金属板，所述介质层覆盖在所述金属板衬层的表面上，所述介质层由周期排列的T型单元组成，所述T型单元由4个旋转对称的T型结构组成。所述超材料的制备可以利用牺牲层硅衬底来实现，首先在硅衬底上通过电子束蒸发技术沉积生长出连续的底部金属板，并通过自旋涂覆法和固化工艺制备出所需厚度的介质层。将超材料应用于固液传感器能够对不同折射率的传感介质层产生不同频率位置的吸收峰，从而实现固液传感。
[0006]作为上述方案的进一步改进，所述T型结构为T型条，所述T型条由介质层经电子束光刻而成。
[0007]作为上述方案的进一步改进，所述T型结构为T型槽，所述T型槽在同一介质层上经电子束光刻而成。
[0008]作为上述方案的进一步改进，所述介质层由相对介电常数为ε＝11.7的材料硅制成，所述金属板由电导率为σ＝4.56
×
107S/m的材料金制成。
[0009]本专利技术提供了一种基于交错T型全介质谐振器的超材料在高灵敏度固液传感的应
用。
[0010]本专利技术的有益效果是：
[0011]1、本专利技术采用旋转交错对称的T型条或T型槽可分别实现不同频率的双频或单频吸收效果，以及对于覆盖的液体和固体传感介质层可实现高灵敏度传感。
[0012]2、本专利技术结构简单，易于制造并且成本低。
[0013]3、本专利技术设计的四倍旋转对称的T型结构，可以提高超材料传感器的吸收效率和传感灵敏度。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例1提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器的4
×
4阵列图。
[0015]图2为本专利技术实施例1提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器中的T型条单元的结构示意图。
[0016]图3为本专利技术实施例2提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器的4
×
4阵列图。
[0017]图4为本专利技术实施例2提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器中的T型槽单元的结构示意图。
[0018]图5为本专利技术实施例1中的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器上方覆盖空气时的吸收率曲线图。
[0019]图6为本专利技术实施例1提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器上方分别覆盖不同液态介质层的吸收率曲线图。
[0020]图7为本专利技术实施例1提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器上方分别覆盖不同固态介质层时的吸收率曲线图。
[0021]图8为本专利技术实施例2中的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器上方覆盖空气时的吸收率曲线图。
[0022]图9为本专利技术实施例2提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器上方填充并覆盖液态介质层的吸收率曲线图。
[0023]图10为本专利技术实施例2提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器上方覆盖固态介质层时的吸收率曲线图。
[0024]图中：1
‑
介质层，101
‑
T型条，102
‑
T型槽，2
‑
金属板。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及结果效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]如图1
‑
图4所示，本专利技术提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器，包括有介质层1与金属板2，介质层1覆盖在金属板2衬层的表面上，超材料的制备可以利用牺牲层硅衬底来实现，首先在硅衬底上通过电子束蒸发技术沉积生长出连续的底部金属板2，并通过自旋涂覆法和固化工艺制备出所需厚度的介质层1，介质层1由周期排列的T型单元组
成，T型单元由4个旋转对称的T型结构组成，介质层1由相对介电常数为ε＝11.7的材料硅制成，金属板2由电导率为σ＝4.56
×
107S/m的材料金制成，其在太赫兹频段具有良好物理特性，介质层1由周期排列的T型单元组成，T型单元由4个旋转对称的T型结构组成。
[0027]以上实施例中T型结构包括有T型条101和T型槽102两种具体实施方式，T型条101由介质层1经电子束光刻而成，T型槽102在同一介质层1上经电子束光刻而成。
[0028]本专利技术提供的一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器在应用时，通过基于有限积分法的电磁仿真软件进行仿真实验。在X和Y轴方向上分别施加unit cell边界条件，在Z轴方向上设置为open(add space)边界条件，将Y极化方向的THz波沿着Z轴负方向入射到材料表面，固液传感器的吸收率可由公式
[0029]A(w)＝1
‑
R(w)
‑
T(w)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0030]计算得出，其中R(w)为反射率，T(w)为透射率，由于传感器的底部是连续的金属板，完全阻挡了电磁波的传输，因此
[0031]T(w)＝0，
ꢀꢀꢀ
(2)
[0032]本文所设计的固液传感器的吸收率可以简化为：
[0033]A(w)＝1
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器，其特征在于：包括有介质层(1)与金属板(2)，所述介质层(1)覆盖在所述金属板(2)衬层的表面上，所述介质层(1)由周期排列的T型单元组成，所述T型单元由4个旋转对称的T型结构组成。2.根据权利要求1所述一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器，其特征在于：所述T型结构为T型条(101)，所述T型条(101)由介质层(1)经电子束光刻而成。3.根据权利要求1所述一种基于旋转交错T型的超材料固液传感器，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨荣草，樊怡，李照华，王佳云，张文梅，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：