CN107255532A - 一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器 - Google Patents
一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107255532A CN107255532A CN201710316593.6A CN201710316593A CN107255532A CN 107255532 A CN107255532 A CN 107255532A CN 201710316593 A CN201710316593 A CN 201710316593A CN 107255532 A CN107255532 A CN 107255532A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- metal
- smd
- infrared ray
- ray sensor
- phasmon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 31
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 46
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001486 SU-8 photoresist Polymers 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 claims description 5
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 5
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 4
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 4
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 4
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 4
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 claims description 3
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- CFNMUZCFSDMZPQ-GHXNOFRVSA-N 7-[(z)-3-methyl-4-(4-methyl-5-oxo-2h-furan-2-yl)but-2-enoxy]chromen-2-one Chemical compound C=1C=C2C=CC(=O)OC2=CC=1OC/C=C(/C)CC1OC(=O)C(C)=C1 CFNMUZCFSDMZPQ-GHXNOFRVSA-N 0.000 claims description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N n-propan-2-ylprop-2-enamide Chemical compound CC(C)NC(=O)C=C QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002063 nanoring Substances 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 claims description 2
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims 1
- UHPJWJRERDJHOJ-UHFFFAOYSA-N ethene;naphthalene-1-carboxylic acid Chemical compound C=C.C1=CC=C2C(C(=O)O)=CC=CC2=C1 UHPJWJRERDJHOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 claims 1
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 claims 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims 1
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 4
- 230000001788 irregular Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 3
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- MCMSPRNYOJJPIZ-UHFFFAOYSA-N cadmium;mercury;tellurium Chemical compound [Cd]=[Te]=[Hg] MCMSPRNYOJJPIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- HURSIASBWGCKKE-UHFFFAOYSA-N naphthalene naphthalene-1-carboxylic acid Chemical compound C1(=CC=CC2=CC=CC=C12)C(=O)O.C1=CC=CC2=CC=CC=C12 HURSIASBWGCKKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
- G01K11/16—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance of organic materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K2211/00—Thermometers based on nanotechnology
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明是一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器装置，柔性透明衬底(6)上有一层金属纳米颗粒(4)，核壳结构的发光物质(5)位于金属纳米颗粒周围，聚合物分子层(3)位于金属纳米颗粒上方，其底端连接衬底或金属纳米颗粒，由金属纳米颗粒、聚合物分子、发光物质组成的单元结构可重复多层，柔性透明薄膜(1)位于上述结构周围，透明液体(2)填充于聚合物分子与柔性透明薄膜间，贴片(7)位于底层柔性透明薄膜下方并紧贴薄膜。通过该传感器底部的凝胶贴片将此传感器贴服于被测物体表面，并用紫外灯直接照射贴片上表面。可用人眼直接观察或用相机拍摄贴片式温度传感器的发光颜色，适用于规则、不规则表面的物体。
Description
技术领域
本发明属于温度和红外线传感器领域，具体而言，涉及一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，尤其涉及柔性、发光的贴片式温度和红外线传感器。
背景技术
目前的温度传感器，主要有传统的温度传感器，包括热敏电阻和热电偶。热敏电阻利用自身的电阻—温度特性，温度变化，电阻值也发生变化，但是其自热现象严重影响了其测温精度。热电偶利用热电效应，将电偶两端的温度差转化为电动势差，但是其灵敏度较低、稳定性较差，高温下其自身的温度特性的非线性非常明显，限制了其测温精度。以上两种传统的温度传感器，材质坚硬、外形规则，均无法实现对不规则物体表面的温度测量，还会产生电磁干扰，因此这类传感器的应用十分受限。此外，目前的红外温度传感器所需的红外探测器，基本采用窄禁带半导体材料碲镉汞(HgCdTe)材料，每个图像传感器Charge-coupled Device,CCD价格数百万，十分昂贵。
局域等离激元共振Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR是金属纳米结构在亚波长范围内与光强烈相互作用引发的共振增强效应，能够将光局域在深度亚波长的范围内，随之而来会带来各种效应。1.产生热点效应，金属纳米颗粒的局域表面等离共振效应能够使得颗粒表面的光场强度显著增强。2.当金属颗粒的局域等离激元共振峰与量子点等光致发光材料的发光峰匹配时，能够增强量子点等材料的光致发光效率。3.金属纳米颗粒的局域等离激元共振的吸收峰对其周围介质折射率的变化非常敏感，且纳米颗粒的形貌越长、棱角越尖，对介质折射率变化的响应灵敏度越大金纳米树枝703nm/RIU。这种效应非常适合用作高灵敏度的传感器，例如：当温度传感器中加入金属纳米材料后，由于金属纳米材料的光致发光增强效应与对折射率变化的高灵敏度响应，将更容易通过发光光谱和颜色的变化反映出温度的变化。
目前的现实工业生产场合中对温度传感器提出了更高的要求：1.在测量普通温度计无法或难以测量的部件、外表面如具有不规则外形的物体的外表面以及危及生命的环境中物体温度时，要求传感器能够贴合其形状，准确测得物体表面温度；2.在测量较大物体的温度时，要求传感器与被测物体的接触面积尽可能大，而不只是单点测量；3.在测量涉及电磁方面的仪器温度时，如医疗设备、油气罐等易燃易爆场景、射频微波设备及电力变压器等强电磁辐射设备，要求传感器不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰。
综上所述，实现满足更高应用要求的温度传感器，关键在于在保证测量精度的前提下，对传感器柔性、大接触面积等特征的实现。目前的传感器中，难有同时满足高柔性、大接触面积、零电磁干扰、低成本等要求的结构，而这一关键瓶颈问题的解决，对实现新一代柔性传感器技术及其应用至关重要。
发明内容
技术问题：本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出了一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，适用于多种材料和形状的待测物体，提高测量的准确性与灵活性，从而可以实现对不规则物体温度的准确测量。
技术方案：本发明的一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，基于局域表面等离激元增强机制，所述金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器由柔性透明薄膜，透明液体，聚合物分子层，金属纳米颗粒，核壳结构的发光物质，柔性透明衬底，贴片组成，其位置关系如下：柔性透明衬底上有一层金属纳米颗粒，核壳结构的发光物质位于金属纳米颗粒周围，聚合物分子层位于金属纳米颗粒上方，其底端连接衬底或金属纳米颗粒，由金属纳米颗粒、聚合物分子、发光物质组成的单元结构可重复多层，柔性透明薄膜位于上述结构周围，透明液体填充于聚合物分子与柔性透明薄膜间，贴片位于底层柔性透明薄膜下方并紧贴薄膜。
所述柔性透明薄膜的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚二甲基硅氧烷PDMS或SU-8光刻胶，其厚度范围为10至1000微米，其上下表面的形状是正方形、长方形、圆形、椭圆形结构，其上下表面的面积范围为1至200平方厘米。
所述透明液体的材料为无色去离子水、乙醇、异丙醇、乙二醇的无色透明非电解质液体，填充在聚合物分子间并充满柔性透明薄膜形成的空间内，用于补偿聚合物分子刷材料因状态改变造成的空间体积变化。
所述聚合物分子层为柔性聚合物分子刷材料层，由高热光系数、且在生理温度范围内具有溶胀转变特性的热敏聚合物形成，供选材料为聚丙烯酸PAA、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚N-异丙基丙烯酰胺NIPAAm、聚甲基丙烯酸MAA、聚4-二苯甲酮甲基丙烯酸酯BPMA的柔性材料及其混合物；或掺杂高透光率、高热导率的石墨烯材料，该聚合物分子刷材料层的厚度范围为100至1000纳米。
所述金属纳米颗粒的材料为金、银、铂或钯金属材料；其形貌为具有窄带增效特性的纳米结构，所述金属纳米颗粒具有高局域等离激元共振响应灵敏度，范围为150至400纳米/折射率单位；所述金属纳米颗粒为单层，呈单分散状态，颗粒尺寸范围为20至150纳米，颗粒间距范围为100至300纳米。
所述具有窄带增效特性的纳米结构是三角板、十面体、纳米棒、纳米环、纳米星、纳米树枝、纳米旗。
所述柔性衬底的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚二甲基硅氧烷PDMS或SU-8光刻胶材料，其厚度范围为10至100毫米。
所述核壳结构的发光物质由核、壳构成，核的材料为：量子点光致发光材料、罗丹明或香豆素衍生物荧光染料，其发光峰位于可见光至近红外波段；壳的材料为硅、聚乙烯吡咯烷酮PVP、十六烷基三甲基溴化铵CTAB或柠檬酸钠。
所述形成贴片为可供重复黏贴于被测物体表面、柔性、易贴易撕、白色、不透明的凝胶贴片。
本发明的的金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器的制备方法为：首先在柔性透明衬底上自组装一层金属纳米颗粒，再沉积核壳结构的发光物质，然后旋涂一层聚合物分子层，由金属纳米颗粒、聚合物分子层、核壳结构的发光物质组成的单元结构可重复多层，接着在其周围包裹柔性透明薄膜，再灌装透明液体并密封，最后在底部旋涂凝胶材料形成贴片。
传感器的测温方式：所述金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器既可以直接测量物体温度，又可以通过红外线的热效应检测红外线。对温度和红外线的传感结果有两种处理方式：1.人眼直接观察贴片式温度传感器的发光颜色，根据传感器颜色与温度的对应关系确定被测物体的温度。2.使用数码相机对贴片式温度传感器发光面拍照，将图像传入计算机中，由计算机提取照片中的像素颜色信息，根据：颜色——局域等离激元共振峰位置——介质折射率——温度的对应关系，确定被测物体的温度或红外线。
有益效果：本发明与现有的技术相比具有以下的优点：
1.本方法使用一系列柔性材料，相较于传统的材质坚硬、不可弯曲的温度传感器，该传感器柔性好、可贴服于不规则物体表面，实现对物体温度的精确测量。相较于传统的只能单点或小面积测量的温度传感器，该贴片式温度和红外线传感器可以与被测物体大面积接触，因而能实时测量同一物体不同部位的温度。与需要高昂成本的CCD的红外温度传感器相比，该方法利用金属纳米颗粒的局域等离激元共振特性反映温度变化，只需人眼直观或通过普通相机拍照与计算机分析，成本低。此外，与传统的运用电学原理的温度传感器相比，该方法通过光波传感温度信息，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。
2.本方法使用聚合物分子刷材料作为热敏传感的组成部分，与其他硼硅酸盐类无机材料、SU-8材料相比，热光系数提高了两个数量级，因而折射率变化对温度变化的响应更加明显，该贴片式温度和红外线传感器的精度更高。此外，在聚合物分子层加入高透光率、高热导率的石墨烯材料，可以在保证传感器透光度的同时，提高对被测物体温度的传感性能，从而提高该贴片式温度和红外线传感器的响应速度与准确性。
3.本方法通过凝胶贴片将温度传感器固定于被测物体表面，凝胶贴片易贴易撕，可重复使用而不对被测物体造成损伤，更加适用对柔软、弯曲、柔韧的生物组织的测量。
4.本方法使用无源的贴片式温度和红外线传感器，本身没有功率损耗，也不产生明显的自热现象。作为激发光源的紫外光功耗也很低，因此该贴片式温度和红外线传感器功耗低，节能环保。
附图说明
图1是柔性发光温度传感贴片截面示意图低温时；
图2是柔性发光温度传感贴片截面示意图高温时；
图3是金属纳米颗粒、发光物质、聚合物分子组合示意图；
图4是由金属纳米颗粒、聚合物分子、发光物质单元结构重复多层形成的柔性发光温度传感贴片截面示意图低温时；
图5是外形不规则的待测物体使用本柔性发光温度传感贴片前后效果示意图。
具体实施方式
本发明的一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，包括：
所述金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器基于局域表面等离激元增强机制，所述金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器由柔性透明薄膜1，透明液体2，聚合物分子层3，金属纳米颗粒4，核壳结构的发光物质5，柔性透明衬底6，贴片7组成，其位置关系如下：柔性透明衬底6上有一层金属纳米颗粒4，核壳结构的发光物质5位于金属纳米颗粒周围，聚合物分子层3位于金属纳米颗粒上方，其底端连接衬底或金属纳米颗粒，由金属纳米颗粒、聚合物分子、发光物质组成的单元结构可重复多层，柔性透明薄膜1位于上述结构周围，透明液体2填充于聚合物分子与柔性透明薄膜间，贴片7位于底层柔性透明薄膜下方并紧贴薄膜。
本发明的金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器的制备方法为：首先在柔性透明衬底6上自组装一层金属纳米颗粒4，再沉积核壳结构的发光物质5，然后旋涂一层聚合物分子层3，由金属纳米颗粒4、聚合物分子层3、核壳结构的发光物质5组成的单元结构可重复多层，接着在其周围包裹柔性透明薄膜1，再灌装透明液体2并密封，最后在底部旋涂凝胶材料形成贴片7。
传感器的测温方式：所述金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器既可以直接测量物体温度，又可以通过红外线的热效应检测红外线。对温度和红外线的传感结果有两种处理方式：1.人眼直接观察贴片式温度传感器的发光颜色，根据不同颜色与温度的对应关系确定被测物体的温度。2.使用数码相机对贴片式温度传感器发光面拍照，通过计算机提取照片中像素颜色信息，根据：颜色—局域等离激元共振峰位置—介质折射率—温度的对应关系，确定被测物体的温度或红外线。
本发明中，外部引入紫外光，经过上层透明薄膜，照射到发光物质上，发光物质在紫外光的激发下吸收能量发生能级跃迁，处于激发态的电子不稳定又回到基态并释放出光子，使得该光致发光过程产生宽光谱的荧光。由于金属纳米颗粒具有窄带增效特性，荧光经过金属纳米颗粒共振增强并形成窄带光致发光光谱。由于被测物体温度不同，造成聚合物分子刷材料的舒张或收缩状态不同，进一步造成金属颗粒周围的介质层折射率变化，即温度与聚合物分子刷材料的折射率有确定的对应关系。又因为金属纳米颗粒的局域表面等离激元吸收谱主峰位置与其周围介质折射率对应相关，故金属纳米颗粒的局域表面等离激元吸收谱主峰位置会随被测物体温度的改变产生相应的变化。由于purcell效应，金属纳米颗粒表面等离子体导致发光物质在与金属纳米颗粒窄带峰位置相近的地方那部分光共振增强，荧光颜色改变，最终造成温度传感器的发光颜色变化。
下面通过具体实施例和对比例进一步说明本发明：
1.将本温度传感贴片贴服于待测物体表面，用紫外灯照射贴片表面。
2.人眼直接观察贴片式温度传感器的发光颜色，根据不同颜色与温度的对应关系确定被测物体的温度。
3.使用数码相机对贴片式温度传感器发光面拍照，通过计算机提取照片中像素颜色信息，根据：颜色——局域等离激元共振峰位置——介质折射率——温度的对应关系，确定被测物体的温度或红外线。确定被测物体温度。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，其特征在于：所述金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器基于局域表面等离激元增强机制，所述金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器由柔性透明薄膜(1)，透明液体(2)，聚合物分子层(3)，金属纳米颗粒(4)，核壳结构的发光物质(5)，柔性透明衬底(6)，贴片(7)组成，其位置关系如下：柔性透明衬底(6)上有一层金属纳米颗粒(4)，核壳结构的发光物质(5)位于金属纳米颗粒周围，聚合物分子层(3)位于金属纳米颗粒上方，其底端连接衬底或金属纳米颗粒，由金属纳米颗粒、聚合物分子、发光物质组成的单元结构可重复多层，柔性透明薄膜(1)位于上述结构周围，透明液体(2)填充于聚合物分子与柔性透明薄膜间，贴片(7)位于底层柔性透明薄膜下方并紧贴薄膜。
2.如权利要求1所述的一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，其特征在于：所述柔性透明薄膜(1)的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚二甲基硅氧烷PDMS或SU-8光刻胶，其厚度范围为10至1000微米，其上下表面的形状是正方形、长方形、圆形、椭圆形结构，其上下表面的面积范围为1至200平方厘米。
3.如权利要求1所述的一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，其特征在于：所述透明液体(2)的材料为无色去离子水、乙醇、异丙醇、乙二醇的无色透明非电解质液体，填充在聚合物分子间并充满柔性透明薄膜形成的空间内，用于补偿聚合物分子刷材料因状态改变造成的空间体积变化。
4.如权利要求1所述的一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，其特征在于：所述聚合物分子层(3)为柔性聚合物分子刷材料层，由高热光系数、且在生理温度范围内具有溶胀转变特性的热敏聚合物形成，供选材料为聚丙烯酸PAA、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚N-异丙基丙烯酰胺NIPAAm、聚甲基丙烯酸MAA、聚4-二苯甲酮甲基丙烯酸酯BPMA的柔性材料及其混合物；或掺杂高透光率、高热导率的石墨烯材料，该聚合物分子刷材料层的厚度范围为100至1000纳米。
5.如权利要求1所述的一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，其特征在于：所述金属纳米颗粒(4)的材料为金、银、铂或钯金属材料；其形貌为具有窄带增效特性的纳米结构，所述金属纳米颗粒(4)具有高局域等离激元共振响应灵敏度，范围为150至400纳米/折射率单位；所述金属纳米颗粒为单层，呈单分散状态，颗粒尺寸范围为20至150纳米，颗粒间距范围为100至300纳米。
6.如权利要求1所述的一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，其特征在于：所述具有窄带增效特性的纳米结构是三角板、十面体、纳米棒、纳米环、纳米星、纳米树枝、纳米旗。
7.如权利要求1所述的一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，其特征在于：所述柔性衬底(6)的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚二甲基硅氧烷PDMS或SU-8光刻胶材料，其厚度范围为10至100毫米。
8.如权利要求1所述的一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，其特征在于：所述核壳结构的发光物质(5)由核(51)、壳(52)构成，核(51)的材料为：量子点光致发光材料、罗丹明或香豆素衍生物荧光染料，其发光峰位于可见光至近红外波段；壳(52)的材料为硅、聚乙烯吡咯烷酮PVP、十六烷基三甲基溴化铵CTAB或柠檬酸钠。
9.如权利要求1所述的一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器，其特征在于：所述形成贴片(7)为可供重复黏贴于被测物体表面、柔性、易贴易撕、白色、不透明的凝胶贴片。
10.一种如权利要求1所述的金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器的制备方法，其特征在于，首先在柔性透明衬底(6)上自组装一层金属纳米颗粒(4)，再沉积核壳结构的发光物质(5)，然后旋涂一层聚合物分子层(3)，由金属纳米颗粒(4)、聚合物分子层(3)、核壳结构的发光物质(5)组成的单元结构可重复多层，接着在其周围包裹柔性透明薄膜(1)，再灌装透明液体(2)并密封，最后在底部旋涂凝胶材料形成贴片(7)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710316593.6A CN107255532B (zh) | 2017-05-08 | 2017-05-08 | 一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710316593.6A CN107255532B (zh) | 2017-05-08 | 2017-05-08 | 一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107255532A true CN107255532A (zh) | 2017-10-17 |
| CN107255532B CN107255532B (zh) | 2019-04-30 |
Family
ID=60027978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710316593.6A Active CN107255532B (zh) | 2017-05-08 | 2017-05-08 | 一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107255532B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108303765A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-20 | 东南大学 | 多枝树形等离激元波导复合纳米结构合成及光学操控方法 |
| CN110028949A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-19 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 量子点复合膜制备方法、背光模组 |
| CN112414582A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-02-26 | 黑龙江科技大学 | 基于稀土纳米粒子与表面等离子体激元构成的微纳温度传感器 |
| CN113061435A (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-02 | Tcl集团股份有限公司 | 一种荧光热敏复合量子点材料及其制备方法与环境温度监测led |
| CN117419825A (zh) * | 2023-11-02 | 2024-01-19 | 荣耀终端有限公司 | 温度传感器、传感器***、测温方法和电子设备 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0517862A (ja) * | 1991-07-11 | 1993-01-26 | Sharp Corp | 金属膜の保護膜 |
| JPH11211584A (ja) * | 1998-01-28 | 1999-08-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 感熱発色素子およびその製造方法 |
| CN1589406A (zh) * | 2001-09-24 | 2005-03-02 | 拜奥方斯有限公司 | 用于分析的方法和生物传感器 |
| CN104964762A (zh) * | 2015-07-09 | 2015-10-07 | 广西师范大学 | 一种光栅结构的铌酸锂-金-铌酸锂表面等离子激元温度传感装置 |
| CN105371981A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-03-02 | 大连理工大学 | 内壁镀银液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器 |
| CN105424220A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于表面等离激元的温度传感器 |
| CN205748463U (zh) * | 2016-05-11 | 2016-11-30 | 广西师范大学 | 一种多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置 |
-
2017
- 2017-05-08 CN CN201710316593.6A patent/CN107255532B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0517862A (ja) * | 1991-07-11 | 1993-01-26 | Sharp Corp | 金属膜の保護膜 |
| JPH11211584A (ja) * | 1998-01-28 | 1999-08-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 感熱発色素子およびその製造方法 |
| CN1589406A (zh) * | 2001-09-24 | 2005-03-02 | 拜奥方斯有限公司 | 用于分析的方法和生物传感器 |
| CN104964762A (zh) * | 2015-07-09 | 2015-10-07 | 广西师范大学 | 一种光栅结构的铌酸锂-金-铌酸锂表面等离子激元温度传感装置 |
| CN105371981A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-03-02 | 大连理工大学 | 内壁镀银液晶填充空心光纤表面等离子体共振温度传感器 |
| CN105424220A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于表面等离激元的温度传感器 |
| CN205748463U (zh) * | 2016-05-11 | 2016-11-30 | 广西师范大学 | 一种多层介质-金属-介质波导温湿度表面等离子共振传感装置 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108303765A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-20 | 东南大学 | 多枝树形等离激元波导复合纳米结构合成及光学操控方法 |
| CN108303765B (zh) * | 2018-01-30 | 2019-07-30 | 东南大学 | 多枝树形等离激元波导复合纳米结构合成及光学操控方法 |
| WO2019148707A1 (zh) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | 东南大学 | 多枝树形等离激元波导复合纳米结构合成及光学操控方法 |
| CN110028949A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-19 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 量子点复合膜制备方法、背光模组 |
| CN113061435A (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-02 | Tcl集团股份有限公司 | 一种荧光热敏复合量子点材料及其制备方法与环境温度监测led |
| CN112414582A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-02-26 | 黑龙江科技大学 | 基于稀土纳米粒子与表面等离子体激元构成的微纳温度传感器 |
| CN117419825A (zh) * | 2023-11-02 | 2024-01-19 | 荣耀终端有限公司 | 温度传感器、传感器***、测温方法和电子设备 |
| CN117419825B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-04-19 | 荣耀终端有限公司 | 温度传感器、传感器***、测温方法和电子设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107255532B (zh) | 2019-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107255532B (zh) | 一种金属等离激元贴片式发光温度和红外线传感器 | |
| Wang et al. | Luminescent probes and sensors for temperature | |
| Brites et al. | Lanthanide-based luminescent molecular thermometers | |
| Brites et al. | A luminescent molecular thermometer for long-term absolute temperature measurements at the nanoscale | |
| Wu et al. | A multifuntional nanoplatform based on responsive fluorescent plasmonic ZnO‐Au@ PEG hybrid nanogels | |
| Geyer et al. | Efficient luminescent down-shifting detectors based on colloidal quantum dots for dual-band detection applications | |
| Peng et al. | Luminescent europium (III) nanoparticles for sensing and imaging of temperature in the physiological range | |
| Brites et al. | Thermometry at the nanoscale | |
| Caixeta et al. | High-quantum-yield upconverting Er3+/Yb3+-organic–inorganic hybrid dual coatings for real-time temperature sensing and photothermal conversion | |
| Liu et al. | Visible and near-infrared, multiparametric, ultrasensitive nanothermometer based on dual-emission colloidal quantum dots | |
| Singh | Multifunctionality of lanthanide-based luminescent hybrid materials | |
| González-Béjar et al. | Upconversion luminescent nanoparticles in physical sensing and in monitoring physical processes in biological samples | |
| CN101724394A (zh) | 一种生物荧光纳米颗粒和温度传感薄膜及其制备方法 | |
| Kurabayashi et al. | CdSe/ZnS quantum dots conjugated with a fluorescein derivative: a FRET-based pH sensor for physiological alkaline conditions | |
| CN107238448B (zh) | 一种金属等离激元贴片式温度和红外线传感器 | |
| Shi et al. | A color-changing plasmonic actuator based on silver nanoparticle array/liquid crystalline elastomer nanocomposites | |
| Kalytchuk et al. | Sodium chloride protected CdHgTe quantum dot based solid-state near-infrared luminophore for light-emitting devices and luminescence thermometry | |
| Jin et al. | Soft, stretchable, and pneumatically triggered thermochromic optical filters with embedded phosphorescence | |
| Someya et al. | Combined measurement of velocity and temperature distributions in oil based on the luminescent lifetimes of seeded particles | |
| Meng et al. | A photochromic UVI indication card and the colorimetric analysis system built on smartphones | |
| Chiappini et al. | Solvent sensitive polymer composite structures | |
| Kumar et al. | Aspects of luminescence nanoprobes for thermometry: Progress and outlook | |
| CN104502279A (zh) | 基于倾斜光纤光栅的长程表面等离子共振装置 | |
| Lioi et al. | Embedded optical nanosensors for monitoring the processing and performance of polymer matrix composites | |
| Martins et al. | An overview of luminescent primary thermometers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |