[发明专利]一种基于石墨烯的流速传感器光学芯片及其应用

权利要求书

1.一种基于石墨烯的流速传感器光学芯片，在直角棱镜的底边一面粘贴有依次为石英玻璃/石墨烯膜/微流体通道介质层的多层膜耦合结构，所述微流体通道介质层在与石墨烯膜紧贴的一面具有微流体通道，且该微流体通道设有流体入口和出口。

2.如权利要求1所述的流速传感器光学芯片，其特征在于，所述直角棱镜为等腰直角三棱镜。

3.如权利要求1所述的流速传感器光学芯片，其特征在于，所述石英玻璃的厚度为0.5～2mm。

4.如权利要求1所述的流速传感器光学芯片，其特征在于，所述石墨烯膜的厚度为6～10nm，优选为8.27nm。

5.如权利要求1所述的流速传感器光学芯片，其特征在于，所述微流体通道介质层的材料为聚二甲基硅氧烷。

6.权利要求1～5中任一所述流速传感器光学芯片的制备方法，包括以下步骤：

1)在石英玻璃片表面生长石墨烯薄膜；

2)利用刻有微流体通道模型的模具制备具有微流体通道的介质层；

3)将石英玻璃片具有石墨烯薄膜的一面与介质层具有微流体通道的一面键合在一起，使石墨烯薄膜夹在石英玻璃和微流体通道的界面处；

4)将石英玻璃片不具有石墨烯薄膜的一面粘合到直角棱镜的底边一面上，得到所述流速传感器光学芯片。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)采用低压化学气相沉积方法在石英玻璃片表面生长石墨烯薄膜。

8.一种对流体流速进行检测的装置，包括激光光源、衰减器、偏振器、四分之一波片、流速传感器光学芯片、沃拉斯顿棱镜、光阑和平衡探测器，其中所述流速传感器光学芯片是权利要求1～5中任一所述的流速传感器光学芯片；激光光源发出的激光依次穿过衰减器、偏振器和四分之一波片后，获得稳定的功率可调的圆偏振光；该圆偏振光经过光阑形成光束，射入所述流速传感器光学芯片的直角棱镜，调节光束入射角度使圆偏振光进入直角棱镜后打在光学芯片的多层膜耦合结构上，在石墨烯膜与微流体通道内流体的界面处发生全反射；反射出的圆偏振光被沃拉斯顿棱镜分离为TE模和TM模，分别经过光阑后由两个平衡检测器进行检测。

9.一种检测流体流速的方法，利用权利要求8所述的装置对流体流速进行检测，包括：

1)将流速传感器光学芯片中的微流体通道的流体入口和出口分别与外部的进液管和出液管连接，使流体流经微流体通道；

2)调节激光光源、衰减器、偏振器、四分之一波片和光阑，获得稳定的圆偏振光光束射入所述流速传感器光学芯片，并在光学芯片的多层膜耦合结构处发生全反射；

3)记录平衡检测器检测到的TE和TM两种模式的光功率信号，并将两种模式的光功率信号之差以电压信号的方式输出；

4)通过与进液管和出液管连接的外部系统控制流体流经微流体通道的流速，设置多组不同的流体流速，重复步骤3)获得多组相关联的电压信号，从而得到电压与流速的关系曲线，以其作为标准曲线；

5)根据步骤4)测得的标准曲线，将实时监测到的电压信号转换为流速信号。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流体为非导电液体或导电液体。