電磁超結(jié)構(gòu)是一類人工合成的具有奇異電磁特性的結(jié)構(gòu)型材料,其具有區(qū)別于自然界材料的反常介電常數(shù)?和磁導(dǎo)率?特性。電磁超結(jié)構(gòu)產(chǎn)生奇異電磁響應(yīng)的強弱與結(jié)構(gòu)的材料組成、結(jié)構(gòu)形狀與參數(shù)、電磁環(huán)境等因素密不可分,具有按需設(shè)計的優(yōu)勢。此外,汞作為唯一一種常溫、常壓下以液體形式存在的單質(zhì)金屬,具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等特性。本論文利用汞具有的多種優(yōu)異特性,研究汞與高Q值電磁超結(jié)構(gòu)的有效融合,實現(xiàn)基于汞基高Q值電磁超結(jié)構(gòu)的溫度感知技術(shù)一體化設(shè)計,以達到提升溫度感知靈敏度、分辨率的目的;并通過電路設(shè)計實現(xiàn)信號發(fā)生、自動檢測等功能,完成高靈敏度、高分辨率汞基溫度感知傳感器模塊化設(shè)計。本文的主要貢獻和創(chuàng)新點歸納如下:1根據(jù)等效電路分析方法,推導(dǎo)出了一種寬邊耦合型汞基開口諧振環(huán)電磁超結(jié)構(gòu)的等效電感、電容等相關(guān)參數(shù),并對該結(jié)構(gòu)的電磁特性進行了仿真研究,進行了介電常數(shù)、磁導(dǎo)率等參數(shù)的理論計算和仿真結(jié)果對比研究,驗證了其正確性。2利用經(jīng)典偶極子的諧振頻率公式,結(jié)合熱膨脹理論公式,推導(dǎo)了汞基經(jīng)典偶極子結(jié)構(gòu)的熱靈敏度公式,并通過電磁仿真軟件進行了仿真驗證,探索了靈敏度提升具體途徑;進而研究了多種類型諧振模式的汞... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Arritt.B.J等人的分析模型[13]

工業(yè)、醫(yī)療領(lǐng)域得到了應(yīng)用。(a)(b)圖1-4(a)Bakir.M等人設(shè)計的溫度傳感器的溫度變化曲線圖[15];(b)Bakir.M等人設(shè)計的溫度傳感器的溫度-頻偏圖[15]2018年XiaoxiaZheng等人研究了一種基于氧化釩（VO2）薄膜的超結(jié)構(gòu)反射轉(zhuǎn)換器[16]，結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。結(jié)果表明，在4.95THz至9.39THz處實現(xiàn)了90％以上的寬帶偏振轉(zhuǎn)換率（PCR），并且在三個峰處可以獲得高于98.9％的PCR。并且該混合超結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換器被證明具有溫度調(diào)諧的電磁特性。絕緣體-金屬相變的不同溫度可以改變VO2薄膜導(dǎo)電性，寬帶偏振轉(zhuǎn)換率（PCR）隨溫度變化明顯改變。圖1-5XiaoxiaZheng等人設(shè)計的混合超結(jié)構(gòu)[16]另外，在生物傳感領(lǐng)域，A.V.Kabashin等研究者展示了一種改進的等離子體超結(jié)構(gòu)生物傳感技術(shù)[17]，該等離子體超結(jié)構(gòu)能夠支持多孔納米棒層中的引導(dǎo)模式。受益于探測場與納米棒之間結(jié)合的活性生物物質(zhì)與層內(nèi)強大的等離子體介導(dǎo)的能量限制之間的大量重疊，這種超結(jié)構(gòu)提供了對棒之間介質(zhì)的折射率變化的增強的敏感性（超過每個折射率單位30000納米）。證明了使用標(biāo)準(zhǔn)鏈霉抗生物素蛋白-生物素親和力模型的方法可行性，并且與傳統(tǒng)的無標(biāo)記等離子體裝置相比，結(jié)果表明小分析物檢測上限顯著改善。X.Xu等人設(shè)計了一種基于光子的靈活超結(jié)構(gòu)器件[18]，在可見光紅外區(qū)域工作，具有高靈敏度的應(yīng)變響應(yīng)。通過電子束光刻在具有30nm最小線寬的（萘二甲酸乙二醇酯）基板上制造由30nm厚的Au或Ag的開環(huán)諧振器（SRR）組成的超結(jié)構(gòu)。諧振吸收可以從IR調(diào)整到可見光范圍。使用Ag的U形SRR超結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出

第一章緒論72012年E.Ekmekci等人使用海水作為雙面開口諧振環(huán)（DSRR）的填充介質(zhì)，探索分析了其溫度感知特性[28]。該傳感器可用于微波和太赫茲應(yīng)用中的化學(xué)，生物和壓力傳感。這種新穎的傳感器利用雙面開環(huán)諧振器（DSRR）拓撲結(jié)構(gòu)，該拓撲結(jié)構(gòu)還需要有夾在兩個相同的寬邊耦合SRR單元之間的附加傳感介質(zhì)，其中層間介質(zhì)主要是二氧化硅氣凝膠和海水，結(jié)構(gòu)如圖1-7所示。隨著該層間介質(zhì)的介電常數(shù)響應(yīng)于諸如溫度，濕度，密度，濃度或壓力的環(huán)境參數(shù)的變化而改變，DSRR傳感器諧振頻率因此發(fā)生偏移。作為研究的證明，實驗結(jié)果和理論數(shù)值非常的一致。還針對該傳感器拓撲結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)了三種不同真實場景的應(yīng)用，以展示濕度傳感器、密度傳感器和溫度傳感器都具有非常好的靈敏度。圖1-7E.Ekmekci等制作的雙面開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)[28]2014年，F(xiàn).Zhang等采用鈦酸鍶鋇（Ba0.5Sr0.5TiO3，BST）作為溫敏介電材料，分析了由其構(gòu)成電磁超結(jié)構(gòu)實現(xiàn)溫度感知的機理并完成了10~50℃溫度范圍內(nèi)的傳感驗證[29]，實驗結(jié)果如圖1-8所示，可以發(fā)現(xiàn)諧振曲線出現(xiàn)了明顯的偏移。圖1-8F.Zhang等驗證得到的鈦酸鍶鋇實驗數(shù)據(jù)[29]2015年，H.Karim等在鈮酸鋰（LiNbO3）溫敏介電材料的基礎(chǔ)上，設(shè)計了多種閉合諧振環(huán)（CRR）和開口諧振環(huán)（SRR）電磁超結(jié)構(gòu)單元[30,31]，利用金屬墊圈作為CRR結(jié)構(gòu)，鈦酸鋇（BTO）作為介電材料，結(jié)構(gòu)如圖1-9所示。在室溫下使用網(wǎng)絡(luò)分析儀連接的一對喇叭天線作為發(fā)射源，測試、分析制造的傳感器響應(yīng)。通過分析其溫度感知靈敏度，結(jié)果表明CRR結(jié)構(gòu)具有更高的靈敏度，可達7.286MHz/℃。


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