一种金属阵列检测单元及其制备方法、检测转换装置与流程

文档序号:14904355发布日期:2018-07-10 21:35

本发明属于自动控制技术领域,具体涉及一种金属阵列检测单元及其制备方法、检测转换装置。



背景技术:

逻辑开关(或称为压力逻辑开关)是一种广泛应用于自动化控制系统的控制仪表。逻辑开关通常用于测量气体或者液体等流体的压力或温度。在被测流体的压力或温度高于或低于额定值时,逻辑开关会相应动作而改变其所包含的微动开关的通断状态,进而达到自动控制的目。

现有的逻辑开关主要有采用机械方式、电路方式、以及PN结方式进行设计从而进行相关的额定值判断,并作出相应的动作。



技术实现要素:

本发明提供了一种金属阵列检测单元及其制备方法、检测转换装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:一种金属阵列检测单元,包括外部固定架、上高透玻璃、下高透玻璃和金属方块阵列结构板;所述金属方块阵列结构板位于上高透玻璃与下高透玻璃之间,所述上高透玻璃与下高透玻璃通过外部固定架固定;

所述金属方块阵列结构板的金属方块阵列中的单个金属方块的长为60~120nm,宽为60nm。

进一步的,所述金属方块阵列结构板的金属方块阵列的金属方块采用金属金、银或铜。

一种金属阵列检测单元的制备方法,包括以下步骤:

步骤1,准备基底:准备ITO玻璃基底并清洗吹干;

步骤2,涂光刻胶:用甩胶机在步骤1准备好的ITO玻璃基底上涂覆PMMA光刻胶,光刻胶的厚度为270nm,所述甩胶机的转速为4000rpm,时间为60s;

步骤3,涂胶后烘干:将步骤2涂覆PMMA光刻胶的基底放在热板上烘干,烘干的温度为150℃,时间为3~15min;

步骤4,电子束曝光结构图形:用图形发生器设计金属方块阵列结构板的金属方块阵列结构的图形,并用电子束曝光图形,得到曝光后的基底;曝光时,电子束对所述金属方块阵列结构的图形部分的PMMA光刻胶进行刻蚀;

步骤5,显影:常温下,将步骤4中曝光好的基底放入显影液中浸泡显影,显影液由四甲基二戊酮与异丙醇以体积比为3:1配合制成,浸泡显影的时间为60s;

步骤6,定影:将步骤5浸泡显影后的基底放入定影液中浸泡定影,定影完成后将基底取出,用氮气吹干,浸泡定影的时间为60s;

步骤7,定影后烘干:将步骤6浸泡定影后并吹干的基底放在热板上烘干;烘干的温度为150℃,时间为3~15min;

步骤8,镀金:将步骤7定影后烘干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机镀金、银或铜,蒸镀完冷却10min~20min后再取出,蒸镀金属的厚度为50nm;

步骤9,剥离PMMA光刻胶:采用lift-off工艺,将步骤8真空镀金后的基底泡在丙酮中,时间至少为30min,溶解电子束PMMA光刻胶;

步骤10,吹干:用氮气枪吹干步骤9得到的剥离PMMA光刻胶后的基底,得到金属方块阵列结构板;

步骤11,将所述金属方块阵列结构板固定在上高透玻璃与下高透玻璃之间,再通过外部固定架将所述上高透玻璃与下高透玻璃固定,制备得到检测单元。

步骤12,重复步骤1至步骤11制备金属方块长度不相同的金属方块阵列结构板,制备得到不同的检测单元。

一种金属阵列检测转换装置,包括转轴、沿转轴周向均匀分布的多个检测单元、用于联接检测单元和转轴的连接杆,所述连接杆的一端与转轴连接,连接杆的另一端与检测单元连接;

所述检测单元包括外部固定架、上高透玻璃、下高透玻璃和金属方块阵列结构板;所述金属方块阵列结构板夹持在上高透玻璃与下高透玻璃之间,所述上高透玻璃与下高透玻璃通过外部固定架固定;

所述金属方块阵列结构板的金属方块阵列的单个金属方块的长为60~120nm,宽为60nm;

所述金属方块阵列结构板的金属方块阵列的每个金属方块大小均相同,且不同检测单元4的金属方块阵列结构板的金属方块阵列的金属方块大小均不相同。

进一步的,所述检测单元4设置有四个,且相互对称设置为十字形。

进一步的,所述金属方块阵列结构板4-4在可见光波段透射谱线的透射谷位置对应的波长为λ,当所述金属方块的长为60nm对应的波长λ为λ1=530nm,当所述金属方块的长为80nm对应的波长λ为λ2=550nm,当所述金属方块的长为100nm对应的波长λ为λ3=580nm,当所述金属方块的长为120nm对应的波长λ为λ4=610nm;

当λ∈(0,λ1],执行第一种逻辑运算A;

当λ∈(λ1,λ2],执行第二种逻辑运算B;

当λ∈(λ2,λ3],执行第三种逻辑运算C;

当λ∈(λ3,λ4],执行第四种逻辑运算D;

当λ≥λ4,执行第五种逻辑运算E。

与现有技术相比,本发明的有益效果:

1,本发明通过微纳结构的金属方块阵列结构板能够产生透射谱线,从而能够得到不同透射谱线的透射谷位置对应的波长,通过透射谷位置对应的波长可进行条件筛选。

2,本发明还通过转轴的转动带动检测单元转动,检测单元转换实现入射光产生不同效果的透射谱线,从而能够得到多个透射谱线的透射谷位置对应的波长,通过透射谷位置对应的波长可进行多个逻辑条件筛选,能实现多个逻辑运算,能够作为逻辑开关进行使用,而且便于操作,有利于实现动态变化的调节。

附图说明

图1是单个金属方块阵列结构板结构示意图;

图2是检测单元结构示意图;

图3是检测转换装置的结构示意图;

图4是检测转换装置使用状态结构示意图;

图5是检测组件结构示意图;

图6是金属方块阵列结构板中金属方块长度变化时对应的透射谱线示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。

在本发明创造的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明创造和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1:

如图1所示,本实施例提供一种金属阵列检测单元,包括外部固定架4-1、上高透玻璃4-2、下高透玻璃4-3和金属方块阵列结构板4-4;金属方块阵列结构板4-4位于上高透玻璃4-2与下高透玻璃4-3之间,上高透玻璃4-2与下高透玻璃4-3通过外部固定架4-1固定;金属方块阵列结构板4-4的金属方块阵列中的金属方块的长为60~120nm,宽为60nm。

如图2所示,当金属方块阵列结构板4-4的金属方块阵列的金属方块长L=60nm,宽W=60nm,宽W不改变,只改变金属方块的长度L时,会产生不同效果的透射谱线,如图6所示为金属方块长度发生从60nm分别变为80nm、100nm、120nm时在可见光波段对应的透射谱线。这里定义λ表示透射谱线中透射谷位置对应的波长,金属方块的长度L不同,则产生不同的透射谷,透射谷对应的波长不相同可进行多个不同条件的筛选。

进一步的,金属方块阵列结构板4-4的金属方块阵列的金属方块采用金属金、银或铜制成,本实施例以及下述实施例中均采用金属金作为具体实施方式。

实施例2:

本实施例提供一种金属阵列检测单元的制备方法,包括以下步骤:

步骤1,清洗:准备ITO玻璃作为基底,并将其放入洗涤液中清洗,用去离子水超声15min后,用丙酮超声15min,再用酒精超声15min,之后用去离子水超声5min,最后用氮气枪吹干后放入氮气柜中备用。

步骤2,涂光刻胶:用甩胶机在步骤1准备好的ITO玻璃基底上涂覆PMMA光刻胶,光刻胶的厚度为270nm,所述甩胶机的转速为4000rpm,时间为60s;

步骤3,涂胶后烘干:将步骤2涂覆PMMA光刻胶的基底放在热板上烘干,烘干的温度为150℃,时间为3~15min,所述热板放置于超净室内的通风处,且热板的温度精度为±1℃。

步骤4,电子束曝光结构图形:用图形发生器设计所述金属方块阵列结构板4-4的金属方块阵列结构的图形,并用电子束曝光图形,得到曝光后的基底;曝光时,电子束对所述金属方块阵列结构的图形部分的PMMA光刻胶进行刻蚀;

步骤5,显影:常温下,将步骤4中曝光好的基底放入显影液中浸泡显影,显影液由四甲基二戊酮与异丙醇以体积比为3:1配合制成,浸泡显影的时间为60s;

步骤6,定影:将步骤5浸泡显影后的基底放入定影液中浸泡定影,定影完成后将基底取出,用氮气吹干,浸泡定影的时间为60s;

步骤7,定影后烘干:将步骤6浸泡定影后并吹干的基底放在热板上烘干;

步骤8,镀金:将步骤7定影后烘干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机镀金,蒸镀完冷却10min~20min后再取出,真空蒸发镀膜机的真空度不大于3×10-6torr,蒸镀金的厚度为50nm;

步骤9,剥离PMMA光刻胶:采用lift-off工艺,将步骤8真空镀金后的基底泡在丙酮中,时间至少为30min,溶解电子束PMMA光刻胶;

步骤10,吹干:用氮气枪吹干步骤9得到的剥离PMMA光刻胶后的基底,得到金属方块阵列结构板4-4。

步骤11,将所述金属方块阵列结构板4-4固定在上高透玻璃4-2与下高透玻璃4-3之间,再通过外部固定架4-1将所述上高透玻璃4-2与下高透玻璃4-3固定,制备得到检测单元。

步骤12,重复步骤1至步骤11制备金属方块长度不相同的金属方块阵列结构板4-4,可得到不同的检测单元。

实施例3:

如图3所示,本实施例提供一种金属阵列检测转换装置,包括转轴3、沿转轴3周向均匀分布的多个检测单元4、用于联接检测单元和转轴3的连接杆7,连接杆7的一端与转轴3连接,具体的,连接杆7的一端与转轴3的周向侧壁连接,连接杆7的另一端与检测单元4连接。转轴3转动能够带动检测单元4转动,可实现多个不同的检测单元进行逐一检测,经过一个检测单元检测后则可执行一种条件,并可达到筛选不同条件的目的。检测单元4转换实现入射光产生不同效果的透射谱线,从而能够得到多个透射谱线的透射谷位置对应的波长,通过透射谷位置对应的波长可进行逻辑条件筛选,多组检测转换装置则能实现多个逻辑运算,能够作为逻辑开关进行使用,而且便于操作,有利于实现动态变化的调节。

检测单元4包括:外部固定架4-1、上高透玻璃4-2、下高透玻璃4-3和金属方块阵列结构板4-4;金属方块阵列结构板4-4夹持在上高透玻璃4-2与下高透玻璃4-3之间,上高透玻璃4-2与下高透玻璃4-3通过外部固定架4-1固定;

金属方块阵列结构板4-4的金属方块阵列的单个金属方块的长为60~120nm,宽为60nm;金属方块阵列结构板4-4中的每个金属方块大小均相同,即同一个检测单元4中的金属方块阵列的金属方块大小都相同,且不同检测单元(4)的金属方块阵列结构板(4-4)的金属方块阵列的金属方块大小均不相同。

本实施例中,如图4和图5所示,检测转换装置作为逻辑开关时,逻辑开关还包括检测组件1,检测组件1包括发射单元5、接收单元6;发射单元5、接收单元6对应设置,检测转换组件2包括连接杆7和检测单元4,并且发射单元5、接收单元6之间设置有供检测转换组件2通过的缝隙。当发射单元5产生圆偏振光照射在检测单元上时,由接收单元6测量得到线偏振光的透射率,根据透射率的峰值进行逻辑条件筛选,从而实现逻辑运算功能,实现逻辑开关功能。当外部条件发生变化时,检测转换组件2旋转,将检测组件1中的检测单元4替换为下一档,再通过透射光谱特征进行一次逻辑运算。检测单元4每转换一次可进行一次逻辑运算判断,检测转换装置可实现多种逻辑运算。

当外部条件发生变化时,检测转换组件2旋转,将发射单元5和接收单元6中的检测单元4替换为下一档,再通过透射光谱特征进行一次逻辑运算。

进一步的,检测单元4设置有四个,且相互对称设置为十字形。采用相应的金属方块阵列结构板4-4制成了四个检测单元4,每两个检测单元4位于十字形的一条边。每个检测单元4中,四个检测单元中,金属方块阵列结构板4-4的金属方块阵列中的每个金属方块的大小是相同的,不同的检测单元的金属方块大小不同,金属方块的宽度不变,长度取四个值分别对应四个检测单元4。

如图6所示,金属方块阵列结构板4-4的金属方块阵列的金属方块长L=60nm,宽W=60nm,宽W不改变,只改变金属方块的长度L时,会产生不同效果的透射谱线,如图6所示为金属方块长度发生从60nm分别变为80nm、100nm、120nm时在可见光波段对应的透射谱线。

定义透射谱线的透射谷位置对应的波长为Δλ,当夹角α为50°对应的波长为λ,当所述金属方块的长L为60nm的透射谱线的透射谷位置对应的波长λ为λ1=530nm,当所述金属方块的长L为80nm透射谱线的透射谷位置对应的波长λ为λ2=550nm,当所述金属方块的长L为100nm透射谱线的透射谷位置对应的波长λ为λ3=580nm,当所述金属方块的长L为120nm透射谱线的透射谷位置对应的波长λ为λ4=610nm;

当λ∈(0,λ1],执行第一种逻辑运算A;

当λ∈(λ1,λ2],执行第二种逻辑运算B;

当λ∈(λ2,λ3],执行第三种逻辑运算C;

当λ∈(λ3,λ4],执行第四种逻辑运算D;

当λ≥λ4,执行第五种逻辑运算E。

金属方块的长L不同时会产生不同的透射率曲线,该曲线的波谷对应的波长为λ,波长λ随长度L的增加具有增大的趋势,金属方块的长L不相同时通过上述判断原则可执行相应的某种逻辑运算。

基于上述判断原则,基于检测转换装置的逻辑开关的工作方式为:当发射单元5产生圆偏振光照射在检测单元4上时,由接收单元6测量得到线偏振光的透射率,根据透射率的峰值进行对应的波长通过上述判断原则进行逻辑条件筛选,从而实现逻辑运算功能,实现逻辑开关功能。接收单元与处理单元连接,处理单元可以为控制芯片或计算机,对接收单元的信号进行处理。

本实施例中两组或多组轮换装置配合可实现多种组合逻辑运算,增加了可执行逻辑运算的数量:例如设置两组检测转换装置时,均以透射谷位置对应的波长为基本逻辑进行组合,第一组可执行逻辑运算A、B、C或D,第二组可执行逻辑运算A、B、C或D,组合后可执行AA、AB、AC、AD、BA、BB、BC、BD、CA、CB、CC、CD、DA、DB、DC或DD的十六种逻辑运算。

三组检测转换装置组合时,第一组可执行逻辑运算A、B、C或D,第二组可执行逻辑运算A、B、C或D,第三组可执行逻辑运算A、B、C或D,组合使用时,可执行六十四种逻辑运算。三组以上检测转换装置可组合执行更多种逻辑运算,以此类推,可组合执行多种逻辑运算,增加了逻辑运算的数量。

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。

再多了解一些
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