[發明專利]石墨烯薄膜增敏的D型光纖SPR傳感器及其制備方法

無效

• 申請號: 201210067372.7
• 申請日: 2012-03-15
• 公開（公告）號: CN102621104A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 吳宇;饒云江;姚佰承
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 楊保剛;徐豐

技術領域

本發明涉及材料工程、光學工程和光纖光學技術領域，具體涉及石墨烯薄膜增敏的D型光纖SPR傳感器及其制備方法。?

背景技術

上世紀70年代后期光纖傳感開始發展起來并成為一項光學檢測技術，它利用光在介質中的強度、位相、偏振等特性變化，來檢測諸如溫度、壓力、濃度等一系列物理量、化學量或生物量的變化，具有靈敏度高、響應速度快、抗電磁干擾、抗腐蝕性強等優點，已經在工業、科研、環境、醫療、軍事等很多方面得到了廣泛應用，具有廣闊應用潛力和發展前景。?

光纖傳感技術的發展伴隨著光導纖維和光纖通信技術的發展，現在正成為一個研究熱點。目前光纖傳感技術正朝著深入研究傳感理論、開展多參數傳感及分布式傳感網絡系統和研究功能完善、可靠性及穩定性高的基礎元件的方向發展。利用光倏逝波原理的光纖傳感器也得到廣泛的研究。D型光纖剖面由于纖芯外露，因此具有大比例的衰逝波傳輸、結構緊湊及較低的損耗等優點，將D型光纖與某些具有特殊功能的材料結合，可以構成一系列新型的光學器件，被廣泛應用于通信、發光、傳感等領域。前期研究發現在D型光纖剖面沉積一定厚度的功能型薄膜材料，利用功能薄膜材料與光倏逝波的相互作用來實現高靈敏度實時的氣液成分、微量元素、生物醫學等傳感和DNA檢測的獨特優點，這也是目前光纖生化傳感技術領域的重要發展方向之一。?

表面等離子共振技術（Surface?Plasmon?Resonance?technology,SPR）是20世紀90年代發展起來的，應用SPR原理檢測生物傳感芯片上配位體與分析物作用的一種新技術。等離子體通常是指由密度相當高的自由正、負電荷組成的氣體，其中正負帶電離子數幾乎相等，內部不形成空間電荷。金屬可以看成等離子體，由于電磁振蕩形成等離子波。當光以大于臨界角入射在光疏介質和光密介質表面時，會使光倏逝波進入到光疏介質中，而在金屬介質中又存在一定的本征等離子波，當物質的本征波遇到外界波時就可能發生共振，從而產生SPR現象。?

SPR金屬膜由傳統的金膜發展到現在的金膜和銀膜作為最常用的兩種金屬膜。與金膜相比，銀膜具有較高的反射率和較高的測量靈敏度，從SPR光譜的三個特征參數（共振波長、共振寬度、共振深度）來看，在同樣的條件下，銀膜的共振波長的變化明顯比金膜靈敏，共振深度約大于金膜，共振峰寬明顯小于金膜。但銀膜的化學穩定性不如金膜，銀膜容易被氧化而造成其SPR結構檢測靈敏度的降低。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是現有技術中銀膜容易被氧化而造成其SPR結構檢測靈敏度降低的問題。?

本發明的技術方案為：基于石墨烯薄膜增敏的D型光纖SPR傳感器，包括D型光纖，在D型光纖的拋光面具有銀膜層，在銀膜層表面具有石墨烯薄膜層。?

進一步地，所述石墨烯薄膜層的厚度為1～10石墨烯原子層。?

進一步地，所述銀膜層厚度為10～80nm。?

本發明還公開了一種基于石墨烯薄膜增敏的D型光纖SPR傳感器的制備方法，其包括如下步驟：?

（1）制備D型光纖；并在D型光纖的拋光面制備銀膜層；

（2）在銀膜表面制備石墨烯薄膜層。

進一步地，所述石墨烯薄膜層的厚度為1～10石墨烯原子層。?

進一步地，所述銀膜層的厚度為10～80nm。?

進一步地，所述石墨烯薄膜層通過化學氣相沉積法制備。?

進一步地，所述銀膜層通過化學沉積還原法制備。?

進一步地，所述制備D型光纖的方法為：將多模或大芯徑光纖側面的一段涂覆層去掉，然后在一部分包層中挖一個D型槽，D型槽深度與光纖的半徑長度相等，最后將這個槽拋光并確定表面光滑。?

本發明與現有技術相比具有如下的有益效果：?

本發明在D型光纖剖面鍍上一層10～80nm的銀膜，再在銀膜表面沉積或生長1～10原子層厚度的石墨烯薄膜，形成一種SPR傳感結構。當存在金屬銀中的本征波遇到光倏逝波時就可能發生共振，從而產生SPR現象。銀膜具有良好的敏感特性，而石墨烯薄膜具有非同尋常的強度和極好的透光性，在此種結構中它作為銀膜的保護層和增敏層。本發明提出的SPR傳感結構相比于普通的SPR傳感器具有更高的傳感靈敏度，更好的化學穩定性，同時采用在銀膜表面沉積或生長的石墨烯薄膜作為增敏結構，通過對介質表面的光學諧振信號檢測，這種傳感器具有實時監測、靈敏度高，性能穩定，結構緊湊等優點，在物理、化學、生物、醫療、食品工業等領域具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；?