[发明专利]一种超材料温度感知传感器、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种超材料温度感知传感器，其特征在于，包括基底(3)以及附着在基底(3)上的超材料结构，所述超材料结构包括纳米孔状框架层(1)以及嵌入至纳米孔内的纳米感知材料(2)，所述纳米感知材料(2)在可见光范围下的反射特征峰与温度具有对应关系；

所述纳米孔状框架层(1)的纳米孔的孔径大小在预设范围内，以保证嵌入至纳米孔内的纳米感知材料(2)的尺寸在可见光范围内对不同波长有吸收和反射效应；

各纳米孔呈多排平行布置，相邻各排之间的纳米孔错位布置；

其中纳米感知材料(2)对某些波长的可见光有吸收效应，反之对其余波长的可见光不吸收，表现在反射光谱上即为明显的反射特征峰；反射特征峰可由以下公式得出：

其中ε₁，ε₂分别为纳米感知材料(2)介电常数的实部和虚部，ε_m为纳米孔状框架材料的介电常数，Y_i为纳米感知材料(2)的形状因子，即为纳米感知材料(2)的长轴尺寸与短轴尺寸的比值；根据以上公式，特征峰出现在满足ε₁＝-Y_iε_m的条件下；

其中纳米感知材料(2)的光学性能，与可见光的吸收和反射相关的相对介电常数受温度的影响可以遵循以下公式得出：

其中ω为可见光波的角频率，ε_∞为与纳米感知材料(2)有关的高频介电常数，ω_p(T)为在T温度下纳米感知材料(2)的等离子体频率，ω_c(T)为在T温度下纳米感知材料(2)的电子散射频率，温度的变化会影响纳米感知材料(2)的介电常数，从而影响纳米感知材料(2)对可见光的吸收和反射；

在考虑单一变量影响的情况下，当温度发生变化时，纳米感知材料(2)的介电常数发生变化，导致反射特征峰的波长或者反射强度随即发生改变，通过精确实时感知反射特征峰的变化就能解算其温度信息，从而实现实时温度变化的监测。

2.根据权利要求1所述的超材料温度感知传感器，其特征在于，所述基底(3)由氧化铝陶瓷或蓝宝石或石英或镁铝尖晶石制备得到。

3.一种如权利要求1至2中任意一项所述的超材料温度感知传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、制备纳米孔状框架层(1)：在基底(3)上溅射一层金属铝或者金属钛，利用电化学阳极氧化还原反应，将溅射有金属铝或者金属钛的基底(3)作为阳极，金属铝片作为阴极，在反应溶液内进行反应，金属铝或者金属钛反应生成具有规则排列结构的纳米孔状氧化铝或者氧化钛，即纳米孔状框架层(1)；

S02、在纳米孔状框架层(1)的纳米孔内沉积钠米金属以形成纳米感知材料(2)。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S02的具体过程为：在纳米孔状框架层(1)上放置网版，然后采用丝网印刷纳米金属浆料，使纳米金属浆料流入纳米孔内，再阴干及梯度烧结，使得纳米孔内沉积纳米金属以形成纳米感知材料(2)。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S02的具体过程为：采用纳米金属原位生长的方法，通过在纳米孔内沉积金属粒子作为原位生长点，将纳米孔状框架层(1)放入含有待沉积纳米金属离子的反应液中，在纳米孔内沉积纳米金属以形成纳米感知材料(2)。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述纳米金属包括金、银、铂、钯中的一种或多种纳米金属形成的合金。

7.一种受电弓温度检测装置，其特征在于，包括信号发射器(4)、信号接收器(5)和如权利要求1至2中任意一项所述的超材料温度感知传感器，所述超材料温度感知传感器安装于所述受电弓上，所述信号发射器(4)用于向所述超材料温度感知传感器发射可见光，所述信号接收器(5)用于接收经所述超材料温度感知传感器反射的反射光，分析得到反射特征峰的波长或者反射强度，从而得到对应的受电弓的温度。