[实用新型]基于等离激元共振的石墨烯应力光学传感器

说明书

本实用新型涉及光学传感器技术领域，尤其涉及一种基于等离激元共振的石墨烯应力光学传感器，包括周期性的石墨烯纳米带阵列以及衬底，所述周期性的石墨烯纳米带阵列置于所述衬底上。石墨烯等离激元具有非常强的空间局域性和场增强效应，可以实现高的品质因子，非常有利于集成光子学中基于石墨烯等离激元的纳米光子学器件的实现。

技术领域

本实用新型涉及光学传感器技术领域，尤其涉及一种基于等离激元共振的石墨烯应力光学传感器。

背景技术

石墨烯除了优异的透光性与良好的导电性外，还具有优异的力学性质，如石墨烯的抗拉强度为125GPa，杨氏模量为1TPa，是目前已知强度最大的材料。目前基于石墨烯的应力传感器受到了研究者广泛的关注。与硅应力传感器相比，石墨烯应力传感器具有更高的灵敏度、更低的能耗、易于集成、易于实现智能化以及纳米级尺寸等特点。这意味着石墨烯压力传感器能够在更多场合得到应用。比如在生物医学领域可被用来检测人体内部血压或者组织压力、可穿戴电子产品、机器人“皮肤”等方面。近些年，不同机理的石墨烯应力传感器得到了深入的研究，包括压阻式石墨烯应力传感器、电容式应变传感器、光纤石墨烯应力传感器或基于拉曼光谱增强的光学传感器等。基于石墨烯的压阻式传感器由于相对简单的电学系统已被广泛研究。但电阻型石墨烯应变传感器易受来自附近的仪器和带电物体电磁干扰。另一方面，高灵敏度的获得常常需要施加较大的应力，这在实际中很难获得。此外，过大的压力也会导致不可恢复石墨烯的变形，极大地限制了石墨烯应变传感器的应用。因此，有必要在不破坏石墨烯晶格结构的前提下探索实现高灵敏应变传感的新途径。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于等离激元共振的石墨烯应力光学传感器。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于等离激元共振的石墨烯应力光学传感器，其特征在于：包括周期性的石墨烯纳米带阵列以及衬底，所述周期性的石墨烯纳米带阵列置于所述衬底上。

优选地，所述周期性的石墨烯纳米带阵列为CVD生长或机械剥离的单层石墨烯。

优选地，所述衬底为柔性基底PDMS或PET，以实现石墨烯的动态拉伸。

优选地，当对石墨烯纳米带阵列施加拉力时，石墨烯等离激元共振峰位会发生明显的移动，利用傅里叶红外光谱仪探测峰位的移动，实现石墨烯应力的探测。

本实用新型的有益效果是:1.石墨烯作为新型材料，环保且来源丰富，有可能实现廉价大规模生产，从而有效降低成本。2.石墨烯等离激元具有非常强的空间局域性和场增强效应，可以实现高的品质因子，非常有利于集成光子学中基于石墨烯等离激元的纳米光子学器件的实现。3.本实用新型配置简单，易于加工和拉伸，从而为应用于纳米光电子器件设计和集成提供理想的亚波长应力传感器件。

附图说明

图1是本实用新型实施例的石墨烯纳米带阵列结构示意图；

图2是本实用新型实施例在不同角度的拉力作用下石墨烯等离激元共振位置；

图3a-图3d是本实用新型实施例在不同应变模量k和方向下，等离激元共振位置的相对移动随费米能级、纳米带宽度的变化图；

图4是本实用新型实施例时共振频率随不同应变模量k和不同拉力方向的相对移动；

图5a和图5b是本实用新型实施案例的灵敏度和品质因子；

图6a和图6b是本实用新型实施案例在PDMS上的等离激元共振位置变化。

具体实施方式