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原文传递一种用于气体传感的气室结构及其制造方法

专利名称：	一种用于气体传感的气室结构及其制造方法
摘要：	本发明提供了一种用于气体传感的气室结构及其制造方法，其包括：外包层(1)、反射层(2)和空芯结构(3)。所述外包层位于最外层，所述外包层为聚合物外包层。所述反射层为全向反射层，所述全向反射层位于所述聚合物外包层内侧。所述全向反射层的内侧为所述空芯结构，所述空芯结构为供光和气体传输的中空通道。本发明提供的气室结构,能解决现有金属气室的笨重、体积过大、难以耦合、无法微型化的问题以及现有光纤型气室的机械性能差、脆弱、材料单一、无法覆盖红外波段的缺点。同时，通过热蒸镀法、薄膜卷绕法、热拉制法与涂覆法的工艺制备柔性、低损耗、易耦合的微型化用于气体传感的气室结构。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	华中科技大学
发明人：	陶光明;徐文鑫;任志禾
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910531163.5
公开号：	CN110132878A
代理机构：	湖北高韬律师事务所
代理人：	罗凡
分类号：	G01N21/3504(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	430070 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种用于气体传感的气室结构，其特征在于，包括：外包层(1)、反射层(2)和空芯结构(3)；所述外包层位于最外层，所述外包层为聚合物外包层，所述反射层为全向反射层，所述全向反射层位于所述聚合物外包层内侧，所述全向反射层的内侧为所述空芯结构，所述空芯结构为供光和气体传输的中空通道。 2.根据权利要求1所述的用于气体传感的气室结构，其特征在于，所述外包层、反射层和空芯结构横截面为同心圆。 3.根据权利要求1所述的用于气体传感的气室结构，其特征在于，所述的聚合物外包层为热塑性聚合物或紫外固化树脂，所述的聚合物外包层厚度为50-1000μm；优选的，所述聚合物外包层为材料为PPSU或PEI，厚度为200-500μm。 4.根据权利要求1所述的用于气体传感的气室结构，其特征在于，所述的全向反射层为多材料介质反射结构，所述多材料介质反射结构由至少两种具有不同折射率的介质材料组成，所述介质反射结构的厚度为10-100μm；优选的，所述介质材料包括高折射率材料和低折射率材料，所述高折射率材料为玻璃材料，所述低折射率材料为聚合物材料；优选的，所述高折射率材料为As2Se3或As40Se40Te20，所述低折射率材料为PPSU或PEI。 5.根据权利要求4所述的用于气体传感的气室结构，其特征在于，所述多材料介质反射结构由具有不同折射率的介质材料交替组成，所述不同折射率的介质材料的折射率差为0.1-2.0；每种介质材料的单层厚度为0.5-10μm，交替层数为5-30层。 6.根据权利要求4-5任一项所述的用于气体传感的气室结构，其特征在于，所述多材料介质反射结构的一种介质材料中为构成所述聚合物外包层的材料，或者所述多材料介质反射结构的一种介质材料与构成所述聚合物外包层的材料具相似的热力学性能；所述多材料介质反射结构的每种介质材料具相似的热力学性能；优选的，所述多材料介质反射结构由高折射率玻璃介质材料层和低折射率聚合物介质材料层组成。 7.根据权利要求1-6任一项所述的用于气体传感的气室结构，其特征在于，所述气室结构的直径为100-2000μm，所述气室结构的长度为0.1-100m；所述空芯结构的直径为10-1000μm；所述气室结构呈柔性纤维态。 8.一种用于气体传感的气室结构的制备方法，其特征在于，包括步骤： (1)采用至少两种具有不同折射率的介质材料制备介质材料薄膜，所述介质材料薄膜包括具有不同折射率的介质材料层； (2)将所述介质材料薄膜在圆棒上卷绕形成具有交替叠加的介质材料的多层介质材料结构，在所述多层介质材料结构上卷绕聚合物薄膜，固化得到具有空芯结构的纤维预制棒； (3)将所述具有空芯结构的纤维预制棒采用热拉制工艺拉制形成纤维态气室结构，所述多层介质材料结构形成气室结构的反射层，所述聚合物薄膜形成气室结构的外包层。 9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述介质材料薄膜的一种介质材料与所述聚合物薄膜的材料相同，或者所述介质材料薄膜的一种介质材料与所述聚合物薄膜的材料具相似的热力学性能；所述介质材料薄膜的每种介质材料具相似的热力学性能；优选的，所述聚合物薄膜材料为PPSU，所述介质材料薄膜由PPSU层与As2Se3层组成；或所述聚合物薄膜材料为PEI，所述介质材料薄膜由PEI层与As40Se40Te20层组成。 10.一种用于气体传感的气室结构的制备方法，其特征在于，包括步骤： (1)采用至少两种具有不同折射率的介质材料制备介质材料薄膜，所述介质材料薄膜包括具有不同折射率的介质材料层； (2)将所述介质材料薄膜在圆棒上卷绕形成具有交替叠加的介质材料的多层介质材料结构，固化得到具有空芯结构的反射层预制棒； (3)将所述反射层预制棒采用热拉制工艺拉制形成具有反射层的纤维，在形成的所述具有反射层的纤维上涂覆、固化聚合物外包层，得到纤维态气室结构。 11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述介质材料薄膜的每种介质材料具相似的热力学性能；优选的，所述聚合物外包层为紫外固化树脂，所述介质材料薄膜由PPSU层与As2Se3层组成。 12.根据权利要求8-11任一项所述的制备方法，其特征在于，所述介质材料薄膜采用热蒸镀法制得，包括：将高折射率硫系玻璃蒸镀到低折射率聚合物薄膜上；优选的，将As2Se3颗粒蒸镀到PPSU聚合物薄膜上，得到由PPSU层和As2Se3层构成的薄膜；或将As40Se40Te20颗粒蒸镀到PEI聚合物薄膜上，得到由PEI层和As40Se40Te20层构成的薄膜。 13.根据权利要求8-11任一项所述的制备方法，其特征在于，制备介质材料薄膜的每种介质材料层的单层厚度为20-45μm，介质材料薄膜卷绕形成多层介质材料结构的绕卷层数为5-30层；所述圆棒直径为0.25-6.5mm；优选的，所述圆棒为特氟龙圆棒。 14.根据权利要求8-9任一项所述的制备方法，其特征在于，形成所述外包层的聚合物薄膜单层厚度为10-500μm，绕卷的层数为9-130层；所述具有空芯结构的纤维预制棒的直径为1-100mm。
所属类别：	发明专利