本发明涉及电场探测领域，具体涉及一种基于表面等离激元耦合的电场探测装置。
背景技术：
电场的测量不仅对导弹、火箭、航空器发射中意义重大，而且对城市环境污染、超净实验室、炼油厂、储油站等地面上容易引起静电和容易受静电及雷达危害的场所也有着广泛的应用。传统电场测量装置的灵敏度低，探索基于新原理的电场探测技术对提高电场测量的灵敏度具有重要意义。
技术实现要素：
为解决以上问题，本发明提供了一种基于表面等离激元耦合的电场探测装置，包括基底层、加热层、贵金属层、有机共轭聚合物材料层、贵金属微纳结构层，加热层置于基底层上，贵金属层置于加热层上，有机共轭聚合物材料层置于贵金属层上，贵金属微纳结构层置于有机共轭聚合物材料层上，贵金属微纳结构层包括周期排列的贵金属微纳结构单元。
更进一步地，有机共轭聚合物材料层的材料为聚3-己基噻吩。
更进一步地，贵金属微纳结构单元为长方体、立方体、圆柱或球形。
更进一步地，贵金属层的材料为金或银。
更进一步地，贵金属微纳结构单元的材料为金或银。
更进一步地，周期为方形周期。
更进一步地，在贵金属微纳结构单元的底部，贵金属层上设有凸起。
更进一步地，凸起的顶部与贵金属微纳结构单元之间的距离小于50纳米。
更进一步地，在贵金属微纳结构单元的底部，贵金属层中设有凹槽。
更进一步地，凹槽的宽度小于贵金属微纳结构单元的宽度。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于表面等离激元耦合的电场探测装置，包括基底层、加热层、贵金属层、有机共轭聚合物材料层、贵金属微纳结构层，加热层置于基底层上，贵金属层置于加热层上，有机共轭聚合物材料层置于贵金属层上，贵金属微纳结构层置于有机共轭聚合物材料层上，贵金属微纳结构层包括周期排列的贵金属微纳结构单元。应用时，首先，在无电场空间，测量贵金属微纳结构单元与贵金属层复合结构的表面等离激元共振波长，此时加热层为常温；然后，将本发明置于待测电场内，同时加热层通过贵金属层加热有机共轭聚合物材料层，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料层，重新测量贵金属微纳结构单元与贵金属层复合结构的表面等离激元共振波长，根据前后贵金属微纳结构单元与贵金属层复合结构表面等离激元共振波长的移动，确定待测电场。在加热过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，从而改变了贵金属微纳结构单元与贵金属层之间的耦合，从而改变了贵金属微纳结构单元与贵金属层复合结构的共振波长。因为在加热时，有机共轭聚合物材料分子链的方向严重地依赖于其所处的电场，并且贵金属微纳结构单元与贵金属层之间的耦合严重地依赖于其间的介电环境，因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种基于表面等离激元耦合的电场探测装置的示意图。
图2是又一种基于表面等离激元耦合的电场探测装置的示意图。
图3是再一种基于表面等离激元耦合的电场探测装置的示意图。
图中：1、基底层；2、加热层；3、贵金属层；4、有机共轭聚合物材料层；5、贵金属微纳结构单元；6、凸起；7、凹槽。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种基于表面等离激元耦合的电场探测装置。如图1所示，该基于表面等离激元耦合的电场探测装置包括基底层1、加热层2、贵金属层3、有机共轭聚合物材料层4、贵金属微纳结构层5。加热层2置于基底层1上。基底层1的材料为绝热材料，用以隔绝加热层2产生的热。贵金属层3置于加热层2上。贵金属层3的材料为金或银。加热层2可以通过连接其他高温物体的方法产生高温，也可以通过电阻产生热来产生高温，在此不做具体限制。有机共轭聚合物材料层4置于贵金属层3上，贵金属微纳结构层置于有机共轭聚合物材料层4上。贵金属微纳结构层包括周期排列的贵金属微纳结构单元5。贵金属微纳结构单元5排布的周期为方形或矩形周期。贵金属微纳结构单元5为长方体、立方体、圆柱或球形。贵金属微纳结构单元5的材料为金或银。有机共轭聚合物材料层4的材料为有机共轭聚合物材料。优选地，有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。加热时，聚3-己基噻吩的微观形貌更容易被待测电场调控。
应用时，首先，在无电场空间，测量贵金属微纳结构单元5与贵金属层3复合结构的表面等离激元共振波长，此时加热层2为常温；具体地，应用连续谱激光照射贵金属微纳结构层，贵金属微纳结构层散射入射激光，通过探测贵金属微纳结构层的散射光谱，确定贵金属微纳结构单元5与贵金属层3复合结构的表面等离激元共振波长；然后，将本发明置于待测电场内，同时加热层2通过贵金属层3加热有机共轭聚合物材料层4，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料层4，重新测量贵金属微纳结构单元5与贵金属层3复合结构的表面等离激元共振波长，根据前后贵金属微纳结构单元5与贵金属层3复合结构表面等离激元共振波长的移动，确定待测电场。加热的温度大于130摄氏度，持续的时间大于30分钟，以便于有机共轭聚合物材料层4的微观结构充分改变。在加热过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，从而改变了贵金属微纳结构单元5与贵金属层3之间的耦合，从而改变了贵金属微纳结构单元5与贵金属层3复合结构的共振波长。因为在加热时，有机共轭聚合物材料分子链的方向严重地依赖于其所处的电场，并且贵金属微纳结构单元5与贵金属层3之间的耦合严重地依赖于其间的介电环境，因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。
在本发明中，待测电场通过有机共轭聚合物材料层4调节了贵金属层3与贵金属微纳结构单元5的耦合。也就是说，贵金属层3被用于改变表面等离激元共振波长。另一方面，贵金属层3具有良好的导热性，因此能够将加热层2置于贵金属层3的下侧，从而使得结构制备和测试简单。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，在贵金属微纳结构单元5的底部，贵金属层3上设有凸起6。凸起6的材料与贵金属层3的材料相同。这样一来，在凸起6和贵金属微纳结构单元5之间形成更窄的间隙，间隙内有机共轭聚合物材料分子链的方向更严重地影响贵金属微纳结构单元5与贵金属层3之间的耦合，从而更严重地改变贵金属微纳结构单元5与贵金属层3复合结构的表面等离激元共振波长，从而实现更高灵敏度的电场探测。
更进一步地，凸起6的顶部与贵金属微纳结构单元5之间的距离小于50纳米，以便于更进一步地增强贵金属微纳结构单元5与贵金属层3之间的耦合，从而提高电场探测的灵敏度。
实施例3
在实施例1的基础上，如图3所示，在贵金属微纳结构单元5的底部，贵金属层3中设有凹槽7。凹槽7内同样设有有机共轭聚合物材料。这样一来，强电场不仅聚集在贵金属微纳结构单元5与贵金属层3之间，而且聚集在凹槽7内。因为凹槽7所在的区域和贵金属微纳结构单元5与贵金属层3之间的间隙贯通，所以有机共轭聚合物材料分子链方向的改变对贵金属微纳结构单元5与贵金属层3复合结构的表面等离激元共振的影响更大，从而实现更高灵敏度的电场探测。
更进一步地，凹槽7的宽度小于贵金属微纳结构单元5的宽度，凹槽7与贵金属微纳结构单元5的中部对齐。发生表面等离激元共振时，强电场被更集中地聚集在贵金属微纳结构单元5与贵金属层3之间的间隙内和凹槽7内。这样一来，有机共轭聚合物材料分子链方向对表面等离激元共振的影响更严重，从而实现更高灵敏度的电场探测。更进一步地，凹槽7不贯穿贵金属层3，凹槽7的宽度小于20纳米，凹槽7的深度小于60纳米，以便于在凹槽内聚集强电场。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
1.一种基于表面等离激元耦合的电场探测装置，其特征在于，包括基底层、加热层、贵金属层、有机共轭聚合物材料层、贵金属微纳结构层，所述加热层置于所述基底层上，所述贵金属层置于所述加热层上，所述有机共轭聚合物材料层置于所述贵金属层上，所述贵金属微纳结构层置于所述有机共轭聚合物材料层上，所述贵金属微纳结构层包括周期排列的贵金属微纳结构单元。
2.如权利要求1所述的基于表面等离激元耦合的电场探测装置，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料层的材料为聚3-己基噻吩。
3.如权利要求2所述的基于表面等离激元耦合的电场探测装置，其特征在于：所述贵金属微纳结构单元为长方体、立方体、圆柱或球形。
4.如权利要求3所述的基于表面等离激元耦合的电场探测装置，其特征在于：所述贵金属层的材料为金或银。
5.如权利要求4所述的基于表面等离激元耦合的电场探测装置，其特征在于：所述贵金属微纳结构单元的材料为金或银。
6.如权利要求5所述的基于表面等离激元耦合的电场探测装置，其特征在于：所述周期为方形周期。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于表面等离激元耦合的电场探测装置，其特征在于：在所述贵金属微纳结构单元的底部，所述贵金属层上设有凸起。
8.如权利要求7所述的基于表面等离激元耦合的电场探测装置，其特征在于：所述凸起的顶部与所述贵金属微纳结构单元之间的距离小于50纳米。
9.如权利要求1-6任一项所述的基于表面等离激元耦合的电场探测装置，其特征在于：在所述贵金属微纳结构单元的底部，所述贵金属层中设有凹槽。
10.如权利要求9所述的基于表面等离激元耦合的电场探测装置，其特征在于：所述凹槽的宽度小于所述贵金属微纳结构单元的宽度。
技术总结