一种二维材料温度检测装置的制作方法

1.本发明涉及温度检测技术领域，特别是涉及一种二维材料温度检测装置。


背景技术：

2.温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、热力学、飞行力学、流体力学等学科都离不开温度，它也是工业生产中最普遍最重要的参数之一。许多化学反应离开合适的温度就不能正常进行甚至不能进行。没有合适的温度炉窑就不能炼制出合格的产品。没有合适的温度环境，农作物就不能正常生长、许多电子仪器就不能正常工作、粮仓的储粮就会变质霉烂、家禽的孵化也不能进行。可见，温度的测量与控制十分重要。
3.而现有的温度检测装置一般结构复杂，成本高，测量精度也往往不尽人意。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种二维材料温度检测装置，可以更准确、更灵敏地检测温度。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种二维材料温度检测装置，二维材料温度检测装置包括从下到上依次设置的底电极层、半导体层、二维材料层以及敏感层；敏感层为由周期性排布的敏感单元组成；敏感单元包括第一金属条、第二金属条、敏感材料块；敏感材料块设置在第一金属条和第二金属条之间；二维材料层与底电极层通过外电路连接。
6.可选地，敏感材料块为热收缩材料。
7.可选地，二维材料层为周期性排布的二维材料条。
8.可选地，二维材料条部分重叠在一起。
9.可选地，第一金属条和第二金属条的厚度大于敏感材料块的厚度。
10.可选地，二维材料层为石墨烯。
11.可选地，半导体层材质为二氧化钛、氧化锌或氧化铝。
12.可选地，第一金属条、第二金属条的材料为贵金属材料。
13.可选地，热收缩材料为聚氯乙烯的聚合物。
14.可选地，半导体层的厚度为20-30nm。
15.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：1. 当温度改变时，敏感材料块发生形变，敏感材料块的形变拉动敏感材料块下侧的二维材料层发生形变，导致第一金属条和第二金属条之间的距离发生变化，对入射光的吸收发生变化，从而产生不同数量的热电子，导致穿过二维材料层与半导体层界面处的肖特基势垒、到达半导体层的热电子数量不同，通过测量外电路中电流的强度实现温度探测。由于金属的之间的距离对光的吸收影响严重，所以该探测器探测准确度和灵敏度极高。
16.2. 相比于将贵金属结构置于半导体层，本发明在敏感层和半导体层之间设置有二维材料层，二维材料具有优异的导电性，二维材料还增加了热电子的寿命，这些都有利于
热电子穿过肖特基势垒，到达半导体层。当第一金属条与第二金属条之间的距离改变时，到达半导体层的热电子数目改变更多，从而能够实现温度的高灵敏度探测。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的一种二维材料温度检测装置的结构图；图2为本发明实施例提供的一种二维材料温度检测装置的结构图；图3为本发明实施例提供的一种二维材料温度检测装置的结构图。
18.符号说明：1-底电极层，2-半导体层，3-二维材料层，4-第一金属条，5-第二金属条，6-敏感材料块,7-二维材料条。
具体实施方式
19.本发明的目的是提供一种二维材料温度检测装置，可以更准确、更灵敏地检测温度。
20.使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
21.实施例1：如图1所示，本发明提供的一种二维材料温度检测装置包括从下到上依次设置的底电极层1、半导体层2、二维材料层3以及敏感层。底电极层1的材料为金属，优选地，底电极层1的材料为金、银或铜。半导体层2为二氧化钛、氧化锌或氧化铝。半导体层2的厚度为20nm-30nm，有助于热电子的穿透，使热电子更顺利进入底电极层1。二维材料层3的材料为石墨烯。石墨烯具有很好的导电特性，石墨烯还能够增加热电子的寿命。敏感层为由周期性排布的敏感单元组成。敏感单元包括第一金属条4、第二金属条5、敏感材料块6。敏感材料块设置在第一金属条4和第二金属条5之间。敏感材料块6为热收缩材料。也就是说，当温度升高时，敏感材料块6收缩。具体地，热收缩材料为聚氯乙烯的聚合物，热收缩性能好。第一金属条4、第二金属条5的材料为贵金属材料。贵金属材料可以产生表面等离激元共振。优选地，第一金属条4和第二金属条5的材料为金或银。二维材料层与底电极层通过外电路连接。
22.应用时，光照射到敏感层上。敏感单元中的第一金属条4和第二金属条5吸收光子，产生处于热力学非平衡状态的热电子。由于第一金属条4和第二金属条5产生表面等离激元共振，第一金属条4和第二金属条5对光的吸收能力强，能够产生大量的热电子。这些热电子能够穿过金属、二维材料层3与半导体层2构成的肖特基势垒，转移到半导体层2中，进而被底电极层收集，二维材料层3和底电极层1通过外电路连接。当待测环境的温度改变时，敏感材料块6的体积发生变化，从而拉动敏感材料块6下侧下侧的二维材料层3发生形变，导致第一金属条4和第二金属条5之间的距离发生变化，对入射光的吸收发生变化，从而产生不同数量的热电子，导致穿过二维材料层3与半导体层2界面处的肖特基势垒、到达半导体层2的热电子数量不同，通过测量外电路中电流的强度实现温度探测。由于第一金属条4和第二金属条5之间的距离对光的吸收影响严重，所以该探测器探测准确度和灵敏度极高。
23.另外，相比于将贵金属结构置于半导体层上，本发明在敏感层和半导体层2之间设
置有二维材料层3，二维材料具层3有优异的导电性，二维材料还增加了热电子的寿命，这些都有利于热电子穿过肖特基势垒，到达半导体层2。当第一金属条4与第二金属条5之间的距离改变时，到达半导体层2的热电子数目改变更多，从而能够实现温度的高灵敏度探测。
24.此外，当敏感材料块6收缩时，敏感材料块6拉动二维材料层3，改变了第一金属条4/第二金属条5、二维材料层3、半导体层2间截面的应力分布，从而改变了肖特基势垒，从而改变了穿过肖特基势垒的热电子数目。因此，本发明能够从更多的角度改变外电路中的电流，从而实现温度的高灵敏度探测。
25.实施例2：本实施例在实施例1的基础上，与实施例1的区别仅在于，如图2所示，第一金属条4和第二金属条5的厚度大于敏感材料块6的厚度。这样一来，当敏感材料块6收缩、拉动二维材料层3发生形变时，由于敏感材料块6的厚度低于第一金属条4和第二金属条5的厚度，第一金属条4和第二金属条5容易发生倾斜，在敏感材料块6的上侧形成楔形腔，楔形腔中能够形成强的局域电磁场，从而导致第一金属条4和第二金属条5的复合结构吸收光更多，从而产生更多的热电子。当温度改变、第一金属条4和第二金属条5的位置、角度发生变化时，第一金属条4和第二金属条5产生的热电子数目改变更多，外电路中的电流强度改变更多，从而实现更高灵敏度的温度探测。
26.另外，当第一金属条4和第二金属条5的厚度大于敏感材料块6的厚度时，在敏感材料块6的上侧能够形成空腔，该空腔聚集强电磁场，从而使得第一金属条4和第二金属条5吸收更多的光、产生更多的热电子。当敏感材料块6产生形变时，空腔的宽度产生变化，从而更多地改变第一金属条4和第二金属条5对入射光的吸收，产生的热电子数目发生更多的变化，从而实现更高灵敏度的温度探测。
27.实施例3：本实施例在实施例2的基础上，如图3所示，与实施例2的区别仅在于，所述二维材料层3为周期性排布的二维材料条7，二维材料条7的方向沿第一金属条4和第二金属条5的连线方向。这样一来，更有利于敏感材料块5拉动第一金属条4和第二金属条5，更多地改变第一金属条4和第二金属条5之间的距离，从而更多地改变第一金属条4和第二金属条5对光的吸收，从而实现更高灵敏度的温度探测。
28.实施例4：本实施例在实施例3的基础上，与实施例3的区别仅在于二维材料条部分重叠在一起。也就是说，二维材料层为两层，两层二维材料层中的二维材料条部分地重叠在一起。这样一来，当敏感材料块拉动二维材料条时，不仅改变了第一金属条4和第二金属条5之间的距离，而且改变了两层二维材料层之间的界面，从而改变了从该界面穿过的热电子数目，从而实现了更高灵敏度的温度探测。
29.实施例5：本实施例在实施例2的基础上，与实施例2的区别仅在于二维材料层3中含有孔洞。孔洞周期排布，孔洞的尺寸小于第一金属条4和第二金属条5之间的距离。本实施例相当于二维材料层3的柔性增加。这样一来，敏感材料块6更容易拉动第一金属条4和第二金属条5，能够更多地改变第一金属条4和第二金属条5之间的距离，更多地改变所产生的热电子的数目，从而实现更高灵敏度的温度探测。另外，当敏感材料块6拉动二维材料层3时，也改变了
孔洞的形貌，从而改变了二维材料层3与半导体层2之间的界面，从而改变了从第一金属条4和第二金属条5到达底电极层1的电子数目，从而更多地改变外电路中的电流，从而实现更高灵敏度的温度探测。
30.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
31.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。