【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微流控芯片，更具体地，涉及一种电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带及其应用。
技术介绍
1、传统光镊技术作为微纳操控的有效方法最初被研究人员广泛应用在微观颗粒的捕获和操控上，其工作原理为在激光照射下形成焦点，在焦点区域形成剧烈的场强变化，对焦点区域周围的微观粒子产生指向焦点的梯度力，从而把粒子稳定的固定在焦点中心。但是由于衍射极限的存在，传统光镊技术对于亚微米级别的粒子的捕获，需要提高入射激光的光功率来获得更大的梯度力和散射力，但提高光功率会导致物体温度升高产生热损伤。
2、作为新型近场光镊中的重要分支，表面等离子体共振光镊技术可以将远场电磁场耦合到局域增强场，在几百乃至几十纳米级别的空间内产生梯度剧烈变化的局域电场，产生的梯度力可用于捕获微纳粒子。如现有技术公开了一种类似纳米光学传送带的结构，其通过使用相对密集的等离子体结构阵列，结合对激光束极化、强度和频率调节等复杂调谐来实现纳米颗粒从一个等离子体势阱“跳跃”到下一个等离子体势阱。然而，对激发激光束进行高度协调和精确调谐的必要性使得同时和独立地操纵多个物体变得困难。
3、因此，需要开发一种更容易实现纳米颗粒的捕获和操纵的技术，来克服现有技术光钳对于激光的功率限制和精确调节的限制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决上述技术问题，提供一种电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，该石墨烯梯度纳米光学传送带可以克服现有技术光钳对于激光的功率限制和精确调节的限制；本专利技术的另一个目的是提供了该石墨烯梯
2、为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，包括门电极，所述门电极顶部设有绝缘层，所述绝缘层上部分别设有相对设置的源极和漏极，所述绝缘层上源极和漏极之间设有周期性排列的石墨烯组，各所述石墨烯组含有多个石墨烯对，每个石墨烯对包括2个石墨烯带，所述石墨烯带之间连接有电极；所述石墨烯对中各对石墨烯带的长度呈梯度变化且间隔设置，所述源极、电极、漏极、石墨烯带和绝缘层上还设有封装层，所述源极、电极、漏极以及石墨烯带均包覆在封装层和绝缘层内。
4、本专利技术通过以周期性排列的石墨烯组，各石墨烯组含有多个石墨烯对，石墨烯对中各对石墨烯带的长度呈梯度变化且间隔设置，在偏振的平面波光源激励下，通过门电极电压调节各石墨烯带的费米能级，并且依次激发每对石墨烯带的热点，粒子沿着结构延伸方向进行移动。由于粒子直径的变化，受力也发生了改变，导致了不同直径的粒子移动速度出现了差异，利用速度差可以进行不同直径的粒子的分离，通过电压调节石墨烯带的费米能级，实现粒子的分离，克服现有技术光钳对于激光的功率限制和精确调节的限制。
5、进一步地，所述石墨烯组含有石墨烯对的数量为3，所述石墨烯对中各石墨烯带均与源极和漏极垂直，各石墨烯对间的石墨烯带的长度依次呈等差数列变化且相互平行设置。
6、更进一步地，各所述石墨烯对间的石墨烯带为单层石墨烯，其宽度均为40nm，其长度分别为70nm，90nm和110nm。
7、再进一步地，各所述石墨烯组的间隔为30nm，在绝缘层上以210nm为周期排列。
8、进一步地，所述绝缘层和/或封装层为二氧化硅材料构件。
9、优选地，所述二氧化硅材料构件的折射率为1.45。
10、进一步地，所述绝缘层其厚度为200nm。
11、进一步地，所述封装层厚度为10nm。
12、本专利技术请求保护上述的石墨烯梯度纳米光学传送带在粒子传送和分离中的应用。
13、进一步地，在沿石墨烯对所在平面内与同一石墨烯对内2个石墨烯带连接的垂直方向作为偏振方向的平面波光源激发下，通过门电极调节与石墨烯带对应的费米能级，在石墨烯带中心激发热点，产生的局部电场增强区域，利用不同直径的粒子在该区域移动的过程中受到梯度力，产生速度差进行分离不同直径的粒子。
14、更进一步地，所述石墨烯组含有石墨烯对的数量为3，同一石墨烯组内的3对石墨烯对中石墨烯带的费米能级分别是0.45ev、0.63ev、0.85ev；所述平面波光源的波长为9.8μm；所述传送和分离的粒子直径分别为100nm，150nm和300nm。
15、本专利技术的有益效果如下：
16、(1)本专利技术在偏振的平面波光源的照射下，通过外加电压的控制实现石墨烯带费米能级的控制，进而实现沿着石墨烯带梯度纳米带的延伸方向进行粒子的传递；同时粒子的直径的变化影响了受力，导致了不同直径粒子的速度差异，进而以此进行了不同直径粒子的分离，与现有技术相比，具有低输入光功率和稳定传送的特点。
17、(2)本专利技术使用石墨烯材料，相对于金属等离子体共振光镊，石墨烯材料具有较低的热效应和更好的散热能力，不会对物体造成热损伤；并且降低了热对流和热泳效应，使粒子在传递过程中更加平稳；同时石墨烯材料具有可调光学性质，基于石墨烯的可调等离子体结构可以在在不同的光谱区域工作。因此，不需要对激发激光束进行高度协调和精确调谐，因此使用范围广，控制简单。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，其特征在于，包括门电极(1)，所述门电极(1)顶部设有绝缘层(2)，所述绝缘层(2)上部分别设有相对设置的源极(4)和漏极(7)，所述绝缘层(2)上源极(4)和漏极(7)之间设有周期性排列的石墨烯组(5)，各所述石墨烯组(5)含有多个石墨烯对(51)，每个石墨烯对(51)包括2个石墨烯带(511)，所述石墨烯带(511)之间连接有电极(6)；所述石墨烯对(51)中各对石墨烯带(511)的长度呈梯度变化且间隔设置，所述源极(4)、电极(6)、漏极(7)、石墨烯带(511)和绝缘层(2)上还设有封装层(3)，所述源极(4)、电极(6)、漏极(7)以及石墨烯带(511)均包覆在封装层(3)和绝缘层(2)内。
2.根据权利要求1所述电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，其特征在于，所述石墨烯组(5)含有石墨烯对(51)的数量为3，所述石墨烯对(51)中各石墨烯带(511)均与源极(4)和漏极(7)垂直，各石墨烯对(51)间的石墨烯带(511)的长度依次呈等差数列变化且相互平行设置。
3.根据权利要求2所述电调谐的石墨烯梯度纳米
4.根据权利要求3所述电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，其特征在于，各所述石墨烯组(5)的间隔为30nm，在绝缘层(2)上以210nm为周期排列。
5.根据权利要求1所述电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，其特征在于，所述绝缘层(2)和/或封装层(3)为二氧化硅材料构件。
6.根据权利要求1所述电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，其特征在于，所述绝缘层(2)其厚度为200nm。
7.根据权利要求1所述电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，其特征在于，所述封装层(3)厚度为10nm。
8.权利要求1-7任一项所述电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带在粒子传送和分离中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，在沿石墨烯对(51)所在平面内与同一石墨烯对(51)内2个石墨烯带(511)连接的垂直方向作为偏振方向的平面波光源激发下，通过门电极(1)调节与石墨烯带(511)对应的费米能级，在石墨烯带(511)中心激发热点，产生的局部电场增强区域，利用不同直径的粒子在该区域移动的过程中受到梯度力，产生速度差进行分离不同直径的粒子。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述石墨烯组(5)含有石墨烯对(51)的数量为3，同一石墨烯组(5)内的3对石墨烯对(51)中石墨烯带(511)的费米能级分别是0.45ev、0.63ev、0.85ev；所述平面波光源的波长为9.8μm；所述传送和分离的粒子直径分别为100nm，150nm和300nm。
...【技术特征摘要】
1.一种电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，其特征在于，包括门电极(1)，所述门电极(1)顶部设有绝缘层(2)，所述绝缘层(2)上部分别设有相对设置的源极(4)和漏极(7)，所述绝缘层(2)上源极(4)和漏极(7)之间设有周期性排列的石墨烯组(5)，各所述石墨烯组(5)含有多个石墨烯对(51)，每个石墨烯对(51)包括2个石墨烯带(511)，所述石墨烯带(511)之间连接有电极(6)；所述石墨烯对(51)中各对石墨烯带(511)的长度呈梯度变化且间隔设置，所述源极(4)、电极(6)、漏极(7)、石墨烯带(511)和绝缘层(2)上还设有封装层(3)，所述源极(4)、电极(6)、漏极(7)以及石墨烯带(511)均包覆在封装层(3)和绝缘层(2)内。
2.根据权利要求1所述电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，其特征在于，所述石墨烯组(5)含有石墨烯对(51)的数量为3，所述石墨烯对(51)中各石墨烯带(511)均与源极(4)和漏极(7)垂直，各石墨烯对(51)间的石墨烯带(511)的长度依次呈等差数列变化且相互平行设置。
3.根据权利要求2所述电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，其特征在于，各所述石墨烯对(51)间的石墨烯带(511)为单层石墨烯，其宽度均为40nm，其长度分别为70nm，90nm和110nm。
4.根据权利要求3所述电调谐的石墨烯梯度纳米光学传送带，其特征在于，各所述石墨烯组...
【专利技术属性】
技术研发人员：江敏，李锦峰，李智浩，许舰，郭泽林，
申请(专利权)人：无锡学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。