一种光学晶体气体检测系统，其特征在于，包括多孔硅褶皱光学晶体、测试腔体、探头以及光谱仪，所述多孔硅褶皱光学晶体置于所述测试腔体内，所述多孔硅褶皱光学晶体是简单型的多孔硅褶皱光学晶体或复合型的多孔硅褶皱光学晶体，所述多孔硅褶皱光学晶体表面在所述测试腔体内是裸露的，所述探头用于探测所述多孔硅褶皱光学晶体发出的光学信号，所述光谱仪与探头连接，用于测量所述探头探测到的光学信号。采用测试腔体与多孔硅褶皱光学晶体直接组成的传感系统，无需复杂加工过程、易于实现、成本低、灵敏度高、检测速度快、可重复使用、不存在试剂问题，便于推广应用。此外还提供一种多孔硅褶皱光学晶体的制备方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体检测系统，尤其涉及一种利用光学晶体的气体检测系统，还涉及一种多孔硅褶皱光学晶体的制备方法。
技术介绍
传统酒精检测方法主要是分光光度法、气相色谱法、化学法、高效液相色谱法、酶电极法、酶联免疫法和染料电池法。传统的检测方法受限于仪器设备、试剂、试验条件，操作高技术要求，存在酶活性寿命等问题，难以推广使用。以酒精检测为例，酒精(分子式为C2H6O)，是酒的主要成分，大量进入人体会造成多种事故甚至危及生命，同时也是一种易挥发的可燃气体，随着科学发展和人类生活水平的提高，其检测问题日益引起人们的重视，因此发展高品质的气体传感器非常重要。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种快速、高灵敏、可重复使用、低成本的高质量气体检测系统。一种光学晶体气体检测系统，包括多孔硅褶皱光学晶体、测试腔体、探头以及光谱仪，所述多孔硅褶皱光学晶体是简单型的多孔硅褶皱光学晶体或复合型的多孔硅褶皱光学晶体，所述多孔硅褶皱光学晶体置于所述测试腔体内，所述多孔硅褶皱光学晶体表面在所述测试腔体内是裸露的，所述探头用于探测所述多孔硅褶皱光学晶体发出的光学信号，所述光谱仪与探头连接，用于测量所述探头探测到的光学信号。优选地，所述简单型的多孔硅褶皱光学晶体是由多个折光系数呈正弦波型变化层构成的重复性单一型多孔硅褶皱光学结构晶体。优选地，所述复合型的多孔硅褶皱光学晶体是由多个折光系数呈正弦波整合波型构成的多层复合型多孔硅褶皱光学结构晶体。优选地，所述测试腔体包括用于容置所述多孔硅褶皱光学晶体的容置部和与所述容置部密封连接的透明上盖，所述容置部开设有进气孔和出气孔。优选地，所述光学信号为折射率、光致发光、双折射或光波导引起的特征峰光谱漂移量；所述特征峰光谱漂移量随气体浓度和气体种类变化形成检测矩阵，根据所述检测矩阵对比查找检测气体的浓度对应值和分辨气体种类及特征。基于此，还有必要提供一种制备简单、价格低廉的多孔硅褶皱光学晶体的制备方法。一种多孔硅褶皱光学晶体的制备方法，包括以下步骤将待加工硅片固定放置在电化学刻蚀槽内；在所述电化学刻蚀槽内加入氢氟酸和乙醇的混合液作为刻蚀液；将所述待加工硅片和电化学刻蚀槽内的惰性金属电极分别连接在电流源的正极和负极上；所述电流源输出一个正弦波形电流对所述待加工硅片进行刻蚀，得到简单型的多孔硅褶皱光学晶体；或所述电流源输出几个不同周期的正弦波形整合后的电流对所述待加工硅片进行刻蚀，得到复合型的多孔硅褶皱光学晶体。优选地，所述待加工硅片固定放置在电化学刻蚀槽内的步骤之前，还包括去除待加工硅片表面氧化层的步骤。优选地，所述待加工硅片为(100)晶面、掺杂类型为ρ型的硅片，电阻率 < 0. 01 Ω · cmO优选地，所述刻蚀液是由体积比为3 1的氢氟酸与乙醇混合而成，所述氢氟酸混合前的浓度为25% -51%。优选地，所述电流源输出的正弦波形电流密度幅度处于10 50mA · cm2之间，周期2 15秒，循环30次。上述光学晶体的气体检测系统主要是基于多孔硅褶皱光学晶体对气体进行定量检测，该装置包括多孔硅褶皱光学晶体、测试腔体、探头和光谱仪。其中多孔硅褶皱光学晶体是核心检测器件，置于测试腔体内，探头用于检测所述多孔硅褶皱光学晶体的光学信号， 光谱仪通过测量光学信号并通过检测矩阵分析可得到检测气体的浓度。采用测试腔体与多孔硅褶皱光学晶体直接组成的传感系统，无需复杂加工过程、易于实现、成本低、灵敏度高、 检测速度快、可重复使用、不存在试剂问题，便于推广应用。附图说明图1为光学晶体的气体检测系统示意图；图2为测试腔体的结构示意图；图3为多孔硅褶皱光学晶体的制备方法流程图；图4为制备简单型多孔硅褶皱光学晶体的刻蚀电流密度-时间示意图；图5为制备复合型多孔硅褶皱光学晶体的刻蚀电流密度-时间示意图；图6为含三个特征峰的复合型多孔硅褶皱光学晶体的反射谱。具体实施方式多孔硅褶皱光学晶体(Porous silicon rugate filter，PSRF)包括一系列孔隙率与折射系数在截面呈正弦波状或者整合正弦波状变化的光学结构，PSRF在室温下可发射可见光，具有一个或者多个非常明显的特征峰，其半峰宽度窄。多孔硅褶皱光学晶体具有大的比表面积、毛细凝集作用、可重复利用、形貌好、易于加工、表面附着分子后光学特征明显等多个优越的特性。如图1所示，为一个实施例中的光学晶体气体检测系统示意图。光学晶体气体检测系统100包括多孔硅褶皱光学晶体110、测试腔体120、探头130及光谱仪140。多孔硅褶皱光学晶体100是简单型的多孔硅褶皱光学晶体或复合型的多孔硅褶皱光学晶体。多孔硅褶皱光学晶体110置于测试腔体120内，多孔硅褶皱光学晶体110表面在测试腔体120内是裸露的。探头130用于探测多孔硅褶皱光学晶体110发出的光学信号，光谱仪140与探头130连接，用于测量探头130探测到的光学信号。在本实施例中，简单型的多孔硅褶皱光学晶体是由多个折光系数呈正弦波型变化层构成的重复性单一型多孔硅褶皱光学结构晶体。复合型的多孔硅褶皱光学晶体是由多个折光系数呈正弦波整合波型构成的多层复合型多孔硅褶皱光学结构晶体。在本实施例中，光谱仪140测量探头130探测到的光学信号为折射率、光致发光、 双折射或光波导引起的特征峰光谱漂移量。特征峰漂移量随气体浓度和气体种类变化形成检测矩阵，检测矩阵是峰位-浓度相关的多孔硅褶皱光学晶体特征峰漂移量的矩阵。测出光谱的初始峰位和测出通入待测气体后的特征峰漂移量，对照峰位-浓度相关的多孔硅褶皱光学晶体特征峰漂移量的矩阵，即可查找出待测气体的浓度的对应值和分辨气体种类及特征。本实施例中，光学晶体的气体检测系统100主要是基于多孔硅褶皱光学晶体110 对气体进行定量检测。其中，多孔硅褶皱光学晶体110是核心检测器件，置于测试腔体120 内，探头130探测到多孔硅褶皱光学晶体110发出的光学信号后，传送给光谱仪140，光谱仪 140通过测量光学信号并通过检测矩阵对比可得到待检测气体的浓度。采用测试腔体120 与多孔硅褶皱光学晶体110直接组成的传感系统，无需复杂加工过程、易于实现、成本低、 灵敏度高、检测速度快、可重复使用、不存在试剂问题，便于推广应用。在本实施例中，光谱仪140采用光纤光谱仪，探头130为光纤探头。上述光学晶体气体检测系统除可以用于酒精检测外，还可以检测其他的气体，并可以将系统应用于生物、污染物、食品安全等相关领域的检测。如图2所示，为一个实施例中测试腔体的结构示意图。测试腔体120包括用于容置多孔硅光学晶体的容置部121和与容置部121密封连接的透明上盖124，容置部121开设有进气孔122和出气孔123。测试腔体120还包括螺纹紧固件125和密封圈126。容置部121包括上、下两部分，螺纹紧固件125将上、下两部分固定连接。密封圈套合于透明上盖IM上，且被夹于容置部121的上、下两部分间，用于进行密封。容置部121用于容置多孔硅光学晶体，并设有进气孔122和出气孔123。在检测气体的时候，将待检测气体通入进气孔122，容置部121内的多孔硅光学晶体对待检测气体检测完毕后，检测气体从出气孔123排出容置部121。在检测气体的过程中，容置部121除进气孔122可以进入气体外，整个容置部121为密封状本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡林涛，李莎，黄建峰，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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