一種基於單根高分子納米線的光學氣體傳感器的製作方法
2023-12-10 00:15:31 1
專利名稱：一種基於單根高分子納米線的光學氣體傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及傳感器，尤其是一種基於單根高分子納米線的光學氣體傳 感器。
背景技術：
單根高分子納米線光學氣體傳感器是一種新型傳感器，在科研、工業、環 境、醫療、軍事以及食品、衛生等很多方面有廣泛的應用，而且具有廣闊的應 用潛力和發展前景。
隨著光纖製備工藝的改進，低損耗的微納光纖已經被製備出來，並且己應
用於製作微納光子學器件，其中微光纖環形諧振腔和全光纖add-dr叩濾波器已 經被證明。目前國際上已經實現基於單根納米線的氣體傳感的主要是基於電學 機理的，如單根半導體納米線和單根高分子納米線電學氣體傳感器。 發明內容
本實用新型的目的在於提供一種基於單根高分子納米線的光學氣體傳感
叫 益。
本實用新型解決其技術問題採用的技術方案是
用一根拉錐微納光纖通過倏逝波耦合區把光輸入到單根高分子納米線的一 端，用另一根拉錐微納光纖在單根高分子納米線的另一端也通過倏逝波耦合區 把經過單根高分子納米線傳導的光輸出，以形成傳輸光信號變化的光學氣體傳 感器。
所述的兩根拉錐微納光纖的尖端直徑均為0.1-2 pm。 所述的高分子納米線直徑為50-1000 nm，傳感長度為10-500 pm。 本實用新型具有的有益效果是-
本實用新型的單根高分子納米線傳感器是一種光學傳感器，具有小型化， 結構簡單，響應速度快，靈敏度高和價格低廉的特點。目前可以檢測5%-95%的 相對溼度，ppm量級的氨氣和二氧化氮，響應速度比傳統薄膜傳感器快1 2 個數量級
圖1是本實用新型的結構原理示意圖。
圖2是410 nm直徑的聚丙烯醯胺納米線在相對溼度75-88之間循環的響應圖；檢測光波長為532nm。
圖3是250 mn直徑的樟腦磺酸化的聚苯胺/聚苯乙烯納米線對濃度0.1-4 ppm的二氧化氮響應圖；檢測光波長為532 nm。
圖4是270 nm直徑的溴百裡香酚藍摻雜的聚甲基丙烯酸甲脂納米線對濃度 3-28ppm的氨氣響應圖；檢測光波長為660nm。
圖中1、拉錐的微納光纖，2、耦合區，3、耦合區，4、單根高分子納米 線，5、拉錐的微納光纖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型用一根拉錐微納光纖1通過倏逝波耦合區2把光 輸入到單根高分子納米線4的一端，用另一根拉錐微納光纖5在單根高分子納 米線4的另一端也通過倏逝波耦合區3把經過單根高分子納米線4傳導的光輸 出，以形成傳輸光信號變化的光學氣體傳感器。
所述的兩根拉錐微納光纖的尖端直徑均為0.1-2 pm。
所述的高分子納米線直徑為50-1000 nm，傳感長度為10-500 nm。
本實用新型製備過程如下
(1) 首先從高分子溶液裡面拉伸出各種功能的高分子納米線，然後在顯微鏡 下對納米線進行切斷和轉移等微操作，把納米線放置在需要的襯底上，並通過 微操作把納米線放置成需要的形狀；
(2) 然後把放在襯底上的納米線放入一個密封性好的容器裡面。容器裡面有 溫溼度表可以檢測容器內的環境變化。容器有供氣體進出的口。為便於倏逝波 耦合，在容器邊特殊設計的裝置既能保證拉錐的微光纖耦合納米線又能使容器 密封；
(3) 用高溫拉伸法拉制普通單模光纖，製備出尖端直徑在0.1-2 nm的微光纖
(4) 把兩根拉錐光纖探針深入到密封容器裡面，在光學顯微鏡下操縱微光纖， 通過倏逝波耦合區把光輸入和輸出。
(5) 設計的一套氣體控制系統可以保證各種待分析的氣體進出密封容器，並 接觸納米線。納米線輸出的光信號有光探測器實時監測。
應用舉例
使用普通單模光纖高溫拉伸法製備出尖端約100nm的微光纖，從聚丙烯醯 胺的水溶液裡面拉出410 nm直徑的納米線。在光學顯微鏡下製備出長度為 200nm的傳感器。圖1是本實用新型的結構原理示意圖；圖2是該納米線在相 對溼度75%-88%之間循環的響應圖。響應時間約30ms。檢測光波長為532nm。使用普通單模光纖高溫拉伸法製備出尖端約500 nm的微光纖，從樟腦磺酸 化的聚苯胺/聚苯乙烯的氯仿溶液裡面拉出250 nm直徑的納米線。在光學顯微鏡 下製備出長度為500pm的傳感器。圖3是該納米線對濃度0.1-4 ppm的二氧化 氮響應圖。響應時間約7s。檢測光波長為532nm。
使用普通單模光纖高溫拉伸法製備出尖端約1500 nm的微光纖，從溴百裡 香酚藍摻雜的聚甲基丙烯酸甲脂的丙酮溶液裡面拉出卯0nm直徑的納米線。在 光學顯微鏡下製備出長度為25pm的傳感器。圖4是該納米線對濃度3-28 ppm 的氨氣響應圖。檢測光波長為660nm。
當待檢測的氣體接觸納米線時，會滲透進納米線裡面並和高分子或裡面的 指示劑發生反應，引起納米線的折射率和吸收帶的變化，進而影響通過納米線 的光的強度變化。所以通過檢測輸出光強就可以檢測待檢測的氣體。
上述具體實施方式
用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制， 在本實用新型的精神和權利要求的保護範圍內，對本實用新型作出的任何修改 和改變，都落入本實用新型的保護範圍。
權利要求1、一種基於單根高分子納米線的光學氣體傳感器，其特徵在於用一根拉錐微納光纖通過倏逝波耦合區把光輸入到單根高分子納米線的一端，用另一根拉錐微納光纖在單根高分子納米線的另一端也通過倏逝波耦合區把經過單根高分子納米線傳導的光輸出，以形成傳輸光信號變化的光學氣體傳感器。
2、 根據權利要求1所述的一種基於單根高分子納米線的光學氣體傳感器，其特徵在於所述的兩根拉錐微納光纖的尖端直徑均為0.1-2 pm。
3、 根據權利要求1所述的一種基於單根高分子納米線的光學氣體傳感器， 其特徵在於所述的高分子納米線直徑為50-1000 nm,傳感長度為10-500 pm。
專利摘要本實用新型公開了一種基於單根高分子納米線的光學氣體傳感器。用一根拉錐微納光纖通過倏逝波耦合區把光輸入到單根高分子納米線的一端，用另一根拉錐微納光纖在單根高分子納米線的另一端也通過倏逝波耦合區把經過單根高分子納米線傳導的光輸出，以形成傳輸光信號變化的光學氣體傳感器。本實用新型具有小型化，結構簡單，響應速度快，靈敏度高和價格低廉的特點。目前可以檢測5％-95％的相對溼度，ppm量級的氨氣和二氧化氮，響應速度比傳統薄膜傳感器快1～2個數量級。
文檔編號G01N21/00GK201222030SQ20082008827
公開日2009年4月15日 申請日期2008年6月16日 優先權日2008年6月16日
發明者磊 張, 殷學鋒, 童利民, 谷付星 申請人:浙江大學