一种基于超材料的太赫兹微流体传感器结构制造技术

本发明专利技术提供了一种基于超材料的太赫兹微流体传感器结构：依次设有金属反射盖板、微流体通道层、超材料金属谐振结构层、衬底；所述超材料金属谐振结构层表面设有金属孔阵列，沿金属孔阵列长度方向所述微流体通道层厚度递增；本发明专利技术传感器结构具有通过简单移动检测区域便能显著影响光谱谐振峰幅值的特性，可以用作相关测量液体折射率或浓度的传感器，能够实现待测液检测光谱强度可调谐功能，使得同一传感器可测量折射率的范围更宽。器可测量折射率的范围更宽。器可测量折射率的范围更宽。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超材料的太赫兹微流体传感器结构


[0001]本专利技术属于太赫兹时域光谱测量
，具体涉及一种基于超材料的太赫兹微流体传感器结构。

技术介绍

[0002]超材料是一种人工电磁材料，通常由周期性排布的亚波长、深亚波长谐振器阵列组成。在入射电磁波的激励下，谐振器单元的共振产生了许多自然材料不具备的独特电磁特性。通过合理地选择材料、设计谐振器单元结构，可以灵活地实现所需的共振特性。并且在共振频率附近会产生强烈的局域场增强效应，使得超材料具备对周围介质环境变化极度敏感的特性。基于此特性可以实现太赫兹波段的痕量物质检测。
[0003]传统的三明治结构传感器芯片设计，往往只能在固定结构参数下对待测物进行检测。通过相变材料、可调谐材料、微机电系统等虽然也可以实现共振可调谐，但是目前这类调谐方式的器件都有着极高的成本并依赖复杂的加工工艺。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了基于超材料的太赫兹微流体传感器结构，用以在传统超材料器件制备工艺的基础上，通过简单的控制手段解决可调谐问题。
[0005]本专利技术通过以下技术手段实现上述技术目的。
[0006]一种基于超材料的太赫兹微流体传感器结构：依次设有金属反射盖板、微流体通道层、超材料金属谐振结构层、衬底；所述超材料金属谐振结构层表面设有金属孔阵列，沿金属孔阵列长度方向所述微流体通道层厚度递增。
[0007]进一步地，所述微流体通道层内注入待测液，通过沿金属孔阵列长度方向调整光谱检测区域调谐光谱强度。
[0008]进一步地，所述衬底材料为聚酰亚胺，所述超材料金属谐振结构层和金属反射盖板的材料均为铝。
[0009]进一步地，所述衬底为正方形结构，尺寸为50*50mm，所述金属反射盖板厚度1mm，所述超材料金属谐振结构层厚度为20μm，所述金属孔阵列外轮廓长40mm、宽为10～30mm，其中单元结构直径为100～130μm、周期为200～250μm。
[0010]进一步地，所述金属孔阵列外轮廓为10*40mm，其中单元结构直径为125μm、周期为236μm。
[0011]进一步地，所述微流体通道层厚度10～100μm，两端厚度差大于0、小于等于90μm。
[0012]进一步地，所述微流体通道层一端厚度20μm，另一端厚度50μm。
[0013]进一步地，所述金属反射盖板表面开设有进液口和出液口，两者分别位于金属反射盖板两对角处。
[0014]进一步地，所述金属反射盖板与超材料金属谐振结构层之间的微流体通道层四周以胶垫封闭。
[0015]进一步地，所述超材料金属谐振结构层与衬底之间以树脂胶粘合。
[0016]本专利技术的有益效果为：
[0017](1)本专利技术提供了一种基于超材料的太赫兹微流体传感器结构，具有通过简单移动检测区域便能显著影响光谱谐振峰幅值的特性，可以用作相关测量液体折射率或浓度的传感器，能够实现待测液检测光谱强度可调谐功能，使得同一传感器可测量折射率的范围更宽。
[0018](2)本专利技术传感器结构，相比其他可调谐的传感器，制造方法更为简单，具有极大的加工成本优势，键合过程中不涉及精密加工，具有更广阔的应用前景。
附图说明
[0019]图1为本专利技术传感器结构的截面图；
[0020]图2为本专利技术传感器结构的立体图；
[0021]图3为应用本专利技术传感器结构对其上不同区域处蒸馏水所检测出的光谱图；
[0022]图4为应用本专利技术传感器结构对其上不同区域处酒精所检测出的光谱图；
[0023]图5为应用本专利技术传感器结构对其上不同区域所检测出的光谱谐振峰频率变化图；
[0024]图6为应用本专利技术传感器结构对其上不同区域所检测出的光谱谐振峰幅值变化图。
[0025]附图标记：
[0026]1‑
金属反射盖板；2
‑
胶垫；3
‑
微流体通道层；4
‑
超材料金属谐振结构层；
[0027]41
‑
金属孔阵列；5
‑
衬底；6
‑
进液口；7
‑
出液口。
具体实施方式
[0028]下面详细描述本专利技术的实施例，所示实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相通或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0029]如图1和图2所示的基于超材料的太赫兹微流体传感器结构，采用聚酰亚胺薄膜作为衬底5，衬底5为方形结构。在衬底之上通过树脂胶粘合方式设置有超材料金属谐振结构层4。超材料金属谐振结构层4可采用铝薄膜，并在铝薄膜上表面加工金属孔阵列41，金属孔阵列41的外轮廓为长方形，其四边分别平行于衬底5四边。在超材料金属谐振结构层4上方悬空设置有金属反射盖板1，并在两者夹缝之间以胶垫2封闭四周，以此形成空腔作为微流体通道层3。金属反射盖板1相对于超材料金属谐振结构层4略微倾斜设置，使微流体通道层3的厚度沿金属孔阵列41长度方向递增，具体要求为两端厚度取值10～100μm，两端厚度差为大于0、小于等于90μm。在金属反射盖板1的两对角处分别开设有进液口6和出液口7，用于连通微流体通道层3。金属反射盖板1可采用铝板。
[0030]具体本实施例中：衬底5尺寸为50*50mm；金属谐振结构层4厚度为20μm，其上金属孔阵列41外轮廓长40mm、宽10～30mm(本实施例测试样品宽为10mm)，其中单元结构(即金属孔)直径为100～130μm(测试样品为125μm)、周期(即相邻孔中心距)为200～250μm(测试样品为236μm)；金属反射盖板1厚度为1mm；微流体通道层3沿倾斜方向一端厚20μm，另一端厚
50μm。
[0031]对上述传感器结构注入蒸馏水，使用太赫兹光谱仪对此传感器结构检测光谱，其中沿金属孔阵列41长度方向依次选取四个区域进行检测，图3所示为检测结果，图中A1至A4为所选取的四个检测区域，其中A1区域微流体通道层3的厚度最薄，A4区域微流体通道层3的厚度最厚。同样地，对上述传感器结构注入消毒酒精(乙醇浓度70％～80％)后检测光谱，结果如图4所示。
[0032]图5所示为不同检测区域内所测得蒸馏水和消毒酒精光谱的谐振峰频率，经计算可得蒸馏水的谐振峰频率均值为0.5397THz，标准差为0.00458；消毒酒精的谐振峰频率均值为0.7138THz，标准差为0.00525。由此可看出本专利技术传感器结构中微流体通道层3厚度的变化对待测液光谱谐振峰频率的影响不大。
[0033]图6所示为不同检测区域内所测得蒸馏水和消毒酒精光谱的谐振峰幅值，可以看出蒸馏水的谐振峰幅值在区域A4处最低，为10.56％；消毒酒精的谐振峰幅值在A1处最低，为52.97％。由此可看出本专利技术传感器结构中微流体通道层3厚度的变化对待测液光谱谐振峰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超材料的太赫兹微流体传感器结构，其特征在于：从上到下依次设有金属反射盖板(1)、微流体通道层(3)、超材料金属谐振结构层(4)、衬底(5)；所述超材料金属谐振结构层(4)表面设有金属孔阵列(41)，沿金属孔阵列(41)长度方向所述微流体通道层(3)厚度递增。2.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于：所述微流体通道层(3)内注入待测液，通过沿金属孔阵列(41)长度方向调整光谱检测区域调谐光谱强度。3.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于：所述衬底(5)材料为聚酰亚胺，所述超材料金属谐振结构层(4)和金属反射盖板(1)的材料均为铝。4.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于：所述衬底(5)为正方形结构，尺寸为50*50mm，所述金属反射盖板(1)厚度1mm，所述超材料金属谐振结构层(4)厚度为20μm，所述金属孔阵列(41)外轮廓长40mm、宽为10～30mm，其中单元结构直径为100～13...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛嘉伟，潘玉龙，周志强，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：