详情

原文传递一种基于黑磷烯的光纤湿度传感器及其制备方法

专利名称：	一种基于黑磷烯的光纤湿度传感器及其制备方法
摘要：	本发明公开一种基于黑磷烯的光纤湿度传感器及其制备方法，包括单模光纤与光子晶体光纤，单模光纤的一端与光子晶体光纤的一端熔接，单模光纤与光子晶体光纤构成在线型光纤迈克尔逊模间干涉仪，所述光子晶体光纤的空气孔内填充有黑磷烯－聚乙烯醇。检测原理，填充在空气孔中的黑磷烯－聚乙烯醇与外界的湿气发生互作用时，会改变光子晶体光纤中各模式的传播常数，调制在线型光纤迈克尔逊模间干涉仪的干涉条纹，通过检测所述基于黑磷烯的光纤湿度传感器输出光谱的变化，能够得到环境湿度的变化信息。本发明结构、工艺简单、易操作、成本低、灵敏度高，可应用于湿度测量领域。
专利类型：	发明专利
申请人：	西安石油大学
发明人：	邵敏;韩亮;孙浩男;王蓉蓉
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T13:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T22:00:00+0805
申请号：	CN202010033505.3
公开号：	CN111189801A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	马贵香
分类号：	G01N21/45;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/45
申请人地址：	710065 陕西省西安市电子二路东段18号
主权项：	1.一种基于黑磷烯的光纤湿度传感器，其特征在于，包括单模光纤(1)与光子晶体光纤(2)，单模光纤(1)的一端与光子晶体光纤(2)的一端熔接，所述光子晶体光纤(2)的空气孔(4)内填充有黑磷烯－聚乙烯醇(3)。 2.根据权利要求1所述的一种基于黑磷烯的光纤湿度传感器，其特征在于，光子晶体光纤(2)的长度为5～15mm。 3.根据权利要求1所述的一种基于黑磷烯的光纤湿度传感器，其特征在于，黑磷烯－聚乙烯醇(3)在光子晶体光纤(2)的空气孔(4)内填充的高度为300～1000μm。 4.根据权利要求1所述的一种基于黑磷烯的光纤湿度传感器，其特征在于，基于黑磷烯的光纤湿度传感器的光强I为：式中，R是光子晶体光纤端面的反射率；Icore是纤芯基模的光强，是第m阶包层模的光强，为包层模与纤芯基模间的相位差。 5.根据权利要求4所述的一种基于黑磷烯的光纤湿度传感器，其特征在于，包层模与纤芯基模间的相位差为：式中，λ为入射波长，Δneff是包层模与纤芯基模间的有效折射率差，L是光子晶体光纤的长度。 6.制备权利要求1-5任意一项所述的基于黑磷烯的光纤湿度传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤： S1，将黑磷烯溶液与聚乙烯醇溶液混合并搅拌均匀，得到混合液A； S2，将单模光纤(1)一端的端面与光子晶体光纤(2)一端的端面进行熔接； S3，将光子晶体光纤(2)的另一端插入混合液A中，混合液A进入光子晶体光纤(2)的空气孔(4)内； S4，将填充有混合液A的光子晶体光纤(2)保持竖直向上，使混合液A均匀地填充在光子晶体光纤(2)的空气孔(4)中，且空气孔(4)中无气泡，得到所述基于黑磷烯的光纤湿度传感器。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，制备黑磷烯溶液时，在真空或密封的环境中，采用液相剥离法制备黑磷烯溶液，采用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮，黑磷烯溶液中溶质质量百分数为10％～30％；聚乙烯醇溶液中，溶剂为水，溶质质量百分数为10％～30％；将黑磷烯溶液与聚乙烯醇溶液按照质量比为2：1～5：1混合并搅拌均匀。 8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，S2中，将单模光纤(1)与光子晶体光纤(2)的端面切除平整后进行熔接，熔接时，熔接强度为75-85mA，预熔时间为100-110ms，并且光子晶体光纤(2)在放置时偏离电极5-10μm。 9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，S3的过程在真空条件下进行，光子晶体光纤(2)插入混合液A中的时间为1～2小时； S4中，将填充有混合液A的光子晶体光纤(2)保持竖直向上30～60分钟。
所属类别：	发明专利