一种基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器及其制备方法，其包括自下而上依次层叠的衬底层、金属层和光子晶体；所述光子晶体是由高折射率介质层和低折率射介质层交替层叠的周期性结构，所述光子晶体的周期数为N；所述低折率射介质层的材料为金属有机骨架材料。本发明专利技术结构简单、成本低、易制备、能检测出待测物质的种类及浓度，传感灵敏度高。高。高。

An optical Tamm state sensor based on metal organic framework material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子
，尤其涉及一种基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]光学Tamm态(Optic Tamm states,OTS)是一种新型的无耗散局域界面模式，是由半导体超晶格中的电子Tamm态类比而来的光学局域态，OTS增强的场局域在不同材料的分界面处，在远离分界面的区域，强度逐渐衰减。在平面结构中，OTS可同时被入射的TE偏振光和TM偏振光激发，不需要特定的入射角或色散调节元件；此外，OTS具有不同的色散特性，其色散曲线随入射角增大发生抛物线蓝移，OTS存在于光子晶体异质结和金属
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分布式布拉格反射镜(DBR)结构中，同时具备腔子和激子的特性；因此，光学Tamm态理论在光开光、吸收器、传感器等领域有很大的优势，特别是在传感器领域，有广泛的应用前景；但是，目前的光学Tamm态传感器大多是液体传感器，一般为特定的待测物进行检测，应用场景较为单一，其灵敏度和检测范围都有待提高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器及其制备方法，解决现有技术中的传感器应用场景单一、灵敏度不高等技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0005]本专利技术提供一种基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器，包括自下而上依次层叠的衬底层、金属层和光子晶体；所述光子晶体是有由高折射率介质层和低折率射介质层交替层叠的周期性结构，所述光子晶体的周期数为N；所述低折率射介质层的材料为金属有机骨架材料。
[0006]优选地，所述低折率射介质层(32)的金属有机骨架材料为ZI F
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8金属有机骨架材料，所述高折射率介质层(31)的材料为二氧化钛TiO2。
[0007]优选地，所述光子晶体层的周期数N的取值为6。
[0008]优选地，入射光在所述金属层的振幅反射系数r
m
和在所述光子晶体层的振幅反射系数r
DBR
的乘积为1，即：r
m
r
DBR
＝1。。
[0009]优选地，所述光子晶体(3)中每层所述高折射率介质层(31)的厚度为220nm，折射率为2.4；每层所述低折率射介质层(32)的厚度为158nm，在空气中的折射率为1.4。
[0010]优选地，所述金属层的材料为银；所述金属层的厚度为30nm。
[0011]优选地，衬底层的材料为硅片，折射率为3.2。
[0012]另一方面，本专利技术还提供一种基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0013]利用等离子清洗机清洗衬底层；
[0014]利用射频磁控溅射在衬底层上溅射金属层；
[0015]利用旋涂机室温下在金属层上制备光子晶体，所述光子晶体为高折射率介质层和低折率射介质层交替排列的周期性结构；所述金属层的厚度、光子晶体的周期数、每层高折射率介质层的厚度及每层低折率射介质层的厚度由所述传感器的工作波长决定。
[0016]优选地，所述衬底层的材料为硅片；所述金属层的材料为银；所述高折射率介质层和低折率射介质层的材料根据所述传感器工作波长和待测物质的需要确定。
[0017]优选地，每层所述高折射率介质层的厚度为λ/4n1，每层所述低折率射介质层的厚度为λ/4n2；其中，λ是中心波长，n1和n2分别是高折射率介质层和低折率射介质层的折射率。
[0018]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0019]本专利技术光子晶体中的低折率射介质层的材料选用金属有机骨架材料，其具有极好的稳定性，丰富的孔道结构，极大的比表面积、强大的气体吸附能力，使得传感器的检测灵敏度得到极大的提升；当低折率射介质层中的金属有机骨架材料吸附了待测分子后，其折射率发生改变，由于金属有机骨架材料折射率的改变，导致金属层
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光子晶体界面光学Tamm态的激发条件发生改变，即相位匹配条件发生了改变，从而使得光学Tamm态的激发波长发生相应变化，根据光学Tamm态的激发波长的变化，可以判断出所测物质的种类及浓度。本专利技术结构简单、易制备、尺寸小、传感灵敏度高、能检测出待测物质的种类及浓度、应用范围广。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例提供的基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器的结构示意图；
[0021]图2是本专利技术实施例的TM偏振光由衬底层侧入射，入射光波长为1550nm时，传感器器件中的电场模|Ey|分布图及光场分布曲线示意图；
[0022]图3是本专利技术实施例不同厚度的低折率射介质层中的ZIF
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8金属有机骨架材料在空气和乙醇环境下的折射率的变化关系图；
[0023]图4是本专利技术实施例的低折率射介质层中的ZIF
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8金属有机骨架材料在不同折射率下引起的光学Tamm态的激发波长的变化关系图；
[0024]图5是本专利技术实施例图4中A处放大图。
[0025]图中：1、衬底层；2、金属层；3、光子晶体；31、高折射率介质层；32、低折率射介质层。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0027]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0028]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0029]实施例一
[0030]如图1所示，本专利技术实施例提供的基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器，其包括自下而上依次层叠的衬底层1、金属层2和光子晶体3；其中，光子晶体3是有由高折射率介质层31和低折率射介质层32交替层叠的周期性结构，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器，其特征在于，包括自下而上依次层叠的衬底层(1)、金属层(2)和光子晶体(3)；所述光子晶体(3)是由高折射率介质层(31)和低折率射介质层(32)交替层叠的周期性结构，所述光子晶体(3)的周期数为N；所述低折率射介质层(32)的材料为金属有机骨架材料。2.根据权利要求1所述的基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器，其特征在于，所述低折率射介质层(32)的金属有机骨架材料为ZIF
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8金属有机骨架材料，所述高折射率介质层(31)的材料为二氧化钛TiO2。3.根据权利要求1所述的基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器，其特征在于，所述光子晶体层(3)的周期数N的取值为6。4.根据权利要求1所述的基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器，其特征在于，入射光在所述金属层(2)的振幅反射系数r
m
和在所述光子晶体层(3)的振幅反射系数r
DBR
的乘积为1，即：r
m
r
DBR
＝1。5.根据权利要求1至4任一所述的基于金属有机骨架材料的光学Tamm态传感器，其特征在于，所述光子晶体(3)中每层所述高折射率介质层(31)的厚度为220nm，其折射率为2.4；每层所述低折率射介质层(32)的厚度为158nm，其在空气中的折射率为1.4。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆云清，程迪，张翔，李萌萌，许吉，王瑾，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：