[發明專利]基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀及其制備方法

有效

• 申請號: 201310318216.8
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103411671A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 趙遠錦;丁海波;陸潔;謝卓穎;顧忠澤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 北京瑞思知識產權代理事務所(普通合伙) 11341
• 代理人: 李濤

1.一種基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀，其特征在于，包括：濾光單元、連接光路、探測單元，所述連接光路為Y型光纖，Y型光纖的第一端為光路入口，第二端連接探測單元，第三端垂直置于濾光單元上；所述濾光單元包括水凝膠、上玻片和下玻片；所述水凝膠為非密堆積光子晶體水凝膠，并呈一定厚度的片狀，所述水凝膠放置在由所述上玻片和所述下玻片形成的密封空間中；所述密封空間的截面呈錐形，所述上玻片對水凝膠施加階梯壓力場。

2.根據權利要求1所述的基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀，其特征在于，所述上玻片和下玻片的左端由固定裝置直接接觸固定，所述上玻片和下玻片形成的內部空間自左向右依次為所述水凝膠和墊片。

3.根據權利要求2所述的基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀，其特征在于，所述水凝膠和所述墊片的厚度相同。

4.一種制備如權利要求1至3之一所述的基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀的方法，其特征在于，所述制備步驟如下：

（1）水凝膠薄膜的制備

將單分散的光子晶體粒子加入水凝膠前聚體溶液中形成懸濁液，調節光子晶體粒子的質量百分數，加入引發劑，超聲分散，直至懸濁液產生結構色；將上述產生結構色的溶液灌入模具中，靜置，直至溶液分散均勻并保持鮮亮顏色；采用紫外光照射或者熱固法聚合上述分散均勻的溶液，得到膠晶體水凝膠薄膜，將薄膜從模具上剝落，置于純水中保存；

（2）濾光單元的制備

將制得的水凝膠薄膜置于兩片玻片之間，并沿玻片橫向放置，然后將兩玻片的一端用夾具固定，另一端內部放置與薄膜厚度相同的墊片；調整水凝膠薄膜在兩玻片之間的位置；對固定好水凝膠薄膜位置的兩玻片實施封裝，形成濾光單元；對制備完成的濾光單元進行特征反應峰的表征，記錄薄膜上不同位置與其特征反應峰的關系；

（3）光譜儀的搭建

待測光經Y型光纖的第一端進入，從第三端垂直入射到濾光單元的水凝膠薄膜上表面，Y型光纖的第二端連接探測單元，沿水凝膠薄膜特征峰分布的方向移動Y型光纖的探頭，記錄反射光強度與其在水凝膠薄膜上位置的譜圖，反射光強度的峰值即為對應于待測光光譜的峰值。

5.根據權利要求4所述的基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的水凝膠前聚體為甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羥乙酯、醋酸丁酸纖維素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸縮水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一種或兩種以上的任意混合。

6.根據權利要求4所述的基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的光子晶體粒子為二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、二氧化鈦、氧化鐵、四氧化三鐵、金和銀中的一種或兩種以上的任意組合。

7.根據權利要求4或6所述的基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀的制備方法，其特征在于，所述光子晶體粒子的粒徑為10～500納米；所述光子晶體粒子的質量百分數為10～80%。

8.根據權利要求4所述的基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的模具為具有一定厚度的六面體或圓柱體。

9.根據權利要求4所述的基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中的玻片為普通玻片、ITO導電玻璃和超平載玻片中的一種。

10.根據權利要求4所述的基于壓力響應水凝膠光柵的微型光譜儀的制備方法，其特征在于，所述步驟（3）中Y型光纖探頭的探測范圍為2～260微米。