[发明专利]基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器

权利要求书

1.一种基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器，其特征在于：包括光纤和光纤端面上图案化的金核/钯壳纳米线阵列，其制备方法为：在光纤端面上沉积金和铝，通过阳极氧化工艺形成多孔氧化铝结构，腐蚀扩大孔的直径并填充金，形成金纳米线,与氧化铝结构形成氧化铝金纳米线复合薄膜，并在金纳米线周围或端面镀钯，形成金-钯复合结构；然后在镀钯的氧化铝金纳米线复合薄膜表面转移一层周期有序的聚苯乙烯纳米微球薄膜，通过离子刻蚀去除未被聚苯乙烯纳米微球掩膜的金-钯复合纳米线结构，并去除聚苯乙烯纳米微球；最后去除氧化铝基质，得到空气中图案化的Au/Pd纳米核壳/蘑菇阵列。

2.根据权利要求1所述的基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器，其特征在于：通过纳米球印刷法形成亚微米尺度的周期性的区块或图案，其周期性、形状可控；所述区块或图案能够产生额外的表面等离激元，且波长也可调。

3.根据权利要求1所述的基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器，其特征在于：所述金核/钯壳纳米线阵列的相对高度差用于控制传感器调制强度。

4.根据权利要求1所述的基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器，其特征在于：具有图案化的金核/钯壳纳米线阵列光纤端面的倾角为0度到50度。

5.根据权利要求1所述的基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器，其特征在于：其制作步骤如下：

1)通过磁控溅射在多层玻璃基板上沉积铝膜；

2)分两步进行阳极氧化来合成多孔氧化铝结构：在初始阳极氧化工艺之后，蚀刻除去形成的不良有序多孔层，再次进行阳极氧化；

3)蚀刻扩大孔的直径并去除阻挡层；

4)使用非氰化物溶液通过三电极系统进行金的电沉积，形成金纳米线，与氧化铝结构形成氧化铝金纳米线复合薄膜；在金纳米线端面上镀钯，形成金-钯复合结构，通过控制电沉积的时间来控制金纳米线的长度；

5)在镀钯的氧化铝金纳米线复合薄膜表面转移一层周期有序的聚苯乙烯纳米微球薄膜，通过离子刻蚀去除未被聚苯乙烯纳米微球掩膜的金-钯复合纳米线结构，并去除聚苯乙烯纳米微球；

6)将样品进行蚀刻，在金纳米线周围刻蚀空气环；

7)将钯电沉积在金纳米线周围环形空气壳中；

8)蚀刻剩余的氧化铝基质形成空气中图案化的Au/Pd纳米核壳/蘑菇阵列。

6.根据权利要求3所述的基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器，其特征在于：步骤1)中，先在玻璃基底上用20％的氧气/ 80％的氩气混合物溅射钽来沉积10nm厚五氧化二钽粘合剂层和7nm厚的Au膜作弱导电层，再沉积700nm厚的铝膜。

7.根据权利要求3所述的基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器，其特征在于：步骤2)中，分两步进行阳极氧化来合成多孔氧化铝结构：在初始阳极氧化工艺之后，在70°C下、3.5％的H₃PO₄和 20gL^-1的CrO₃溶液中蚀刻除去形成的不良有序多孔层，再次进行阳极氧化；阳极氧化的环境为40 V的0.3 M草酸。

8.根据权利要求3所述的基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器，其特征在于：步骤3)、步骤6)、步骤8)中，蚀刻采用的溶液为30mMNaOH。

9.根据权利要求3所述的基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器，其特征在于：步骤6)中，在金纳米线周围刻蚀出10nm的空气环。

10.根据权利要求3所述的基于核/壳纳米周期性线阵列等离子体超材料的光纤氢气传感器，其特征在于：步骤7)中，使用70mM K₂PdCl₄和20mM H₂SO₄的混合溶液进行钯电沉积。