[发明专利]一种光子晶体复合型压力传感器及其制备方法和光学检测方法

说明书

一种光子晶体复合型压力传感器，包括柔性基体以及光子晶体，光子晶体分布在柔性基体的表面或内部，光子晶体能够响应柔性基体的形变产生光学信号变化。本发明还涉及一种光子晶体复合型压力传感器的方法，包括：制备光子晶体前驱液；制备基体前驱液；复合光子晶体前驱液和基体前驱液，得到光子晶体复合型压力传感器。本发明还涉及一种光学检测方法，包括：将空心柱体置于光子晶体复合型压力传感器的上方；对空心柱体施加动态压力，光学探头通过空心柱体的空心部分对光子晶体复合型压力传感器的光学信号进行动态检测。本发明在0‑10KPa的低压区具有灵敏的线性压力响应特性，原料易得，制备方式简单，应用范围广。

技术领域

本发明涉及传感材料领域，且特别涉及一种光子晶体复合型压力传感器及其制备方法和光学检测方法。

背景技术

压力响应光子晶体材料的制备是将力学性能优异的柔性材料和纳米/微米量级的光子晶体材料复合而成。通过对其进行力学拉伸或压缩，柔性材料会连带光子晶体的光学结构发生变化，从而产生光子晶体所发射光学性能(波长或者强度)的变化，实现了将物理形变转化为光学性能变化的传感功能。

目前报道的多为形状记忆光子晶体材料，不适合作为压力传感器，尤其是对低压区的检测。形状记忆光子晶体指的是，在一定的外力作用下，记忆光子晶体材料能发生由初始形状至临时形状，并颜色发生变化，当撤去外力作用后，经过一定的恢复时间，记忆光子晶体材料能完成由临时形状至初始形状的转变，并恢复初始颜色。CN106751604A报道的形状记忆光子晶体材料需要较大作用力才能完成形状的变化过程，在撤去外力作用后还需要花费较长时间才可恢复到初始形状，且颜色的变化未定量分析，即不能对外力作用不能及时响应和定量测量，不适合作为压力传感器。

而其他报道的光子晶体压力响应材料工艺复杂、制备周期长、柔性差，对基底依附性强，对应用环境有限制。CN103411671B使用模具法，将包含有引发剂、光子晶体粒子、水凝胶前聚体的悬浊液灌注其中，使用紫外光照射或者热固法聚合悬浊液，得到胶体水凝胶薄膜，需要再将胶体水凝胶薄膜使用玻片、垫片、夹具等进行封装，得到的压力响应水凝胶光栅柔性差。CN201810408855.6使用模板法，将弹性光子晶体材料放置于柔性的上基板(及反射层)和光控功能的下基板之间，得到一种压力响应的触控面板或者纹路识别面板。然而，这些经过多步后期封装的压力响应材料形态固定、非柔性、于传感环境适应性差，且玻片等材料易碎，实际应用范围有限，尤其在人体或其他动物的环境在的应用受到很大限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光子晶体复合型压力传感器，此光子晶体复合型压力传感器具有良好的柔韧性和灵敏性。

本发明的另一目的在于提供一种光子晶体复合型压力传感器，该方法多样化、成本低。

本发明的又一目的在于提供一种光子晶体复合型压力传感器的光学检测方法，该方法简单易行。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种光子晶体复合型压力传感器，包括柔性基体以及光子晶体，所述光子晶体分布在所述柔性基体的表面或内部，所述光子晶体能够响应所述柔性基体的形变产生光学信号变化。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述柔性基体为具有弹性恢复特性，选自凝胶或硅橡胶。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述光子晶体为周期性排布具有光子禁带特性的光子晶体结构，选自限定间距排列的蛋白石型光子晶体、限定多孔间距的反蛋白石型光子晶体、周期性排布的阵列型光子晶体或周期性排布的螺旋型光子晶体。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述光学信号为反射率、荧光发射率或上转换发光率，在0-10KPa范围内，所述光学信号的峰位强度随压力呈线性变化。

本发明提出一种制备所述光子晶体复合型压力传感器的方法，包括以下步骤：