[发明专利]一种测量表面等离激元纳米结构局域温度的电学纳米温度计及测温方法

说明书

本发明公开了一种测量表面等离激元纳米结构局域温度的电学纳米温度计及测温方法，所述电学纳米温度计包括在绝热衬底上的金属三角天线和金属传感条，金属三角的顶点正对金属传感条的中心，两者相距一个纳米隙，金属传感条两端各连接两个电极终端，电压表和含源电流表分别通过金属传感条两端的电极终端连接金属传感条。本发明通过伏安法测量传感条的电阻来测量温度，克服了传统光学方法的衍射极限，拥有纳米尺度的空间分辨率，且精度高(0.1K)、量程大(78‑750K)和响应时间快(1.5s)。

技术领域

本发明属于表面等离激元光热效应技术领域，具体地，涉及一种测量表面等离激元纳米结构局域温度的电学纳米温度计及测温方法。

背景技术

表面等离激元微纳结构能够将光场束缚在亚波长尺度，形成热点，通过光热效应可将光能转换为热能，并产生局部的高温。近年来，其光热效应的机制和应用已成为等离激元学的热点，并已在太阳能器件、医药治疗、化学催化和表面处理等领域展现出前景。其中，纳米尺度的局部温升的准确测量对于商业化应用十分重要。然而，常用的远场光学手段，如使用拉曼位移、荧光强度或者寿命标定温度，受限于衍射极限，测量的平均温度约比局域热点区域温度小一个数量级，因此无法分辨纳米尺度的温度；而目前已有的纳米尺度温度探测的方法，如等离子体能量膨胀测温方法，往往设备复杂，且分辨率低或者工作温度有限。

电阻纳米温度计的原理为金属电阻随温度线性变化，通过伏安法测量电阻即可得到温度。其具有灵敏度高、工作温度广等优势，但热传感电阻在空间上难以与热电区域匹配，因此常规电学方法也无法得到纳米尺度的热点区域的准确温度。因此，发展拥有高空间及温度分辨率、广工作温度区间的纳米温度计十分必要，这将拓宽表面等离激元微纳结构在能源、化学、生物等领域的应用。

鉴于此，本发明的主旨在于提出测量表面等离激元纳米结构局域温度的电学纳米温度计及其测温方法。

发明内容

本发明的目的在于提供出一种测量表面等离激元纳米结构局域温度的电学纳米温度计，该温度计拥有纳米尺度的空间分辨率，且精度高(0.1K)、量程大(78-750K)和响应时间快(1.5s)，可被广泛用于基于表面等离激元光热效应的各种应用中的温度监测和分析。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种测量表面等离激元纳米结构局域温度的电学纳米温度计，所述电学纳米温度计包括绝热衬底以及在绝热衬底上构造的金属三角天线和金属传感条，金属三角天线的顶点正对金属传感条的中心，两者相距一个纳米隙，金属传感条两端各连接两个电极终端，电压表和含源电流表分别通过金属传感条两端的电极终端连接金属传感条。

优选地，所述绝热衬底为硅片、玻璃和蓝宝石中的一种。

优选地，在绝热衬底上构造金属三角天线和金属传感条的方法为EBL(electronbeam lithography，电子束曝光)和蒸镀等方法。

优选地，所述金属三角天线、金属传感条和电极的制作材料为铂、金和镍中的一种，进一步优选为铂。

优选地，所述金属三角天线的边长为1-2μm，金属传感条的长度为500-800nm，宽度为100-300nm，两者厚度相等，为10-100nm。所述金属三角天线优选为等边或等腰三角形。

优选地，所述纳米隙的宽度为10-120nm，进一步优选为80nm。

一种基于上述测量表面等离激元光热效应的电学纳米温度计的测温方法，所述测温方法包括标定和测量过程：

(1)通过外部温控装置将金属传感条温度控制在78-750K之间，并每隔一定数值的温度(优选间隔数值为10K)通伏安法测量金属传感条的电阻，拟合得到电阻-温度线性关系；