基于VO2的超表面双气体传感器设计

针对传统矿用气体传感器易受温度和环境湿度等因素的影响而导致稳定性不高的问题,基于局域表面等离子共振原理和二氧化钒(VO₂)的相变特性,设计了一种基于VO₂的超表面双气体传感器。该传感器结构由上下三层组成,表面由多层金属-介电-金属(MDM)结构组成。根据VO₂的相变特点,通过改变施加的偏置电压,以电阻加热的形式加热金属板,精细控制VO₂的温度,通过改变VO₂的电导率来模拟VO₂的不同状态。当VO₂呈高温金属态时,上三层形成MDM结构,VO₂表现出金属性质,并在1 721.3 nm激发局域表面等离子体共振(LSPR),实现甲烷检测,传感器的吸收率为94.3%,甲烷灵敏度为4.21 nm/%。当VO₂呈低温绝缘态时,下三层形成MDM结构,在2 694.6 nm激发LSPR,实现氢气检测,传感器的吸收率为95.9%,氢气灵敏度为2.10 nm/%。当环境折射率发生变化时,VO₂