[發明專利]一種基于QCM及磁性微納米纖維的磁場探測器及制備方法

有效

• 申請號: 201610058510.3
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105699917B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 龍云澤;于桂鳳;閆旭;張紅娣;賀曉曉;李金濤;賈憲生;秦崇崇
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 王汝銀

本發明公開了一種基于QCM及磁性微納米纖維的磁場探測器及制備方法，該磁場探測器以磁紡微納米纖維薄膜或絞線作為石英晶體微天平QCM質量型傳感器的敏感材料，所述磁紡微納米纖維絞線的纖維含有超順磁性納米顆粒。該探測器將QCM傳感器的優勢發揮到微弱磁場感應方面，可定性定量的測量環境磁場變化，靈敏度高，可以快速感應微小的磁場變化，且制備方法簡單，便于操作使用。

技術領域

本發明屬于傳感器領域，具體涉及一種基于QCM及磁性微納米纖維的磁場探測器及制備方法。

背景技術

石英晶體微天平(QCM)主要由諧振器(探頭)、振蕩器、信號檢測和數據處理等部分組成。其中諧振器是傳感器的接收器和轉換器，由AT—切型石英晶片經真空沉積或蒸鍍等方式在表面修飾兩個平行的金屬電極構成，通常為提高探頭的選擇接受功能，需在探頭電極表面修飾具有特異選擇識別功能的膜材料。QCM是一種非常靈敏的質量檢測儀器，測量精度可達納克級，比靈敏度在微克級的電子微天平高100倍，其最基本的原理是利用石英晶體的壓電效應，將石英晶體電極表面質量變化轉化為石英晶體振蕩電路輸出電信號的頻率變化，進而通過計算機等其他輔助設備獲得高精度的數據。只要物質的作用或變化引起電極或功能膜層表面的質量負載、表面形狀等(即聲負載狀態)變化，即可被QCM檢測出來。

QCM作為微質量傳感器具有結構簡單、成本低、靈敏度高、測量精度可以達到納克量級的優點，被廣泛應用于化學、物理、生物、醫學和表面科學等領域中，用以進行氣體、液體的成分分析以及微質量的測量、薄膜厚度及粘彈性結構檢測等。它的在線跟蹤檢測微觀過程的變化，獲取豐富的在線信息的優點，是其他方法無法比擬的。中國專利(CN101871872A)提出了利用石英晶體微天平傳感器檢測甲醛的方法；中國專利(CN102967523A)提出了利用石英晶體微天平檢測可卡因的方法；中國專利(CN104048893A)提出了利用石英晶體微天平檢測DNA甲基化的方法；中國專利(CN102393342A)提出了一種利用石英晶體微天平篩選端粒酶抑制劑的方法。中國專利(CN104198321A)提出了一種QCM甲醛傳感器方法。但目前尚未見其在微感應磁場應用上的報道。

發明內容

本發明的目的在于彌補現有技術空白，提供一種基于QCM及磁性微納米纖維的磁場探測器及制備方法，將QCM傳感器的優勢發揮到微磁場感應方面，該探測器靈敏度高，可以快速感應微小的磁場變化，且制備方法簡單，便于操作使用。

為了實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種基于QCM及磁性微納米纖維的磁場探測器，以磁紡微納米纖維薄膜或絞線作為石英晶體微天平QCM質量型傳感器的敏感材料，所述磁紡微納米纖維薄膜或絞線的纖維含有磁性納米顆粒。

進一步的，所述磁紡微納米纖維絞線的纖維為磁性納米顆粒/高分子聚合物復合微納米纖維。

含有磁性納米顆粒的磁紡微納米纖維絞線作為QCM傳感器的敏感材料，在外界磁場的作用下，敏感材料會受到磁場力的作用，進而改變敏感材料對QCM傳感器的電極的壓力，這個過程與QCM質量型傳感器表面的敏感材料在外界濕度等條件變化時質量發生變化，使其對傳感器的電極的壓力產生變化的過程相類似，都能夠引起QCM的頻率變化，由此可以實現對外界磁場變化的感應，將QCM質量型傳感器的應用范圍拓展到磁場感應探測方面，同時這種磁場探測器還繼承了QCM微質量傳感器結構簡單、成本低、靈敏度高、測量精高的優點。值得注意的是，QCM質量型傳感器靈敏度較高，主要用于對微信號的探測，其敏感材料對其施加的壓力的極小的變化就能夠引起QCM傳感器明顯的反應，若敏感材料所受的磁場作用力過大，引起其對QCM傳感器電極的壓力的大范圍變化反而不能取得理想的試驗結果，而磁性材料的塊體或薄膜(例如鐵磁材料和硬磁材料)具有較強磁性，在磁場中受到的作用力較大，并不適用于作為QCM磁場探測器的敏感材料，而本發明所選用的磁紡微納米纖維薄膜或絞線，里面包含具有超順磁性的納米顆粒，作為一種復合材料，其在磁場中受到的作用力要遠小于單純的磁性材料所受的作用力，可以更好的與QCM質量型傳感器配合進行微弱磁場的探測。