[發(fā)明專利]一種基于二硒化鉬的光纖濕度傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710136299.7
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN106896084B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 關(guān)賀元;余健輝;盧惠輝;歐陽騰輝;林麗敏;夏凱;李東泉;陳光磊;唐潔媛;張軍;陳哲;羅云瀚
• 申請（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 鄭永泉;邱奕才

本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于二硒化鉬的光纖濕度傳感器，包括側(cè)邊拋磨光纖、二硒化鉬膜層，所述側(cè)邊拋磨光纖包括包層和纖芯，所述包層經(jīng)部分拋磨處理成一拋磨面，所述二硒化鉬膜層沉積在所述側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面上。本發(fā)明通過二硒化鉬與光纖的結(jié)合制成的濕度傳感器，不僅制備簡單、成本低廉，而且與傳統(tǒng)濕度傳感器相比，具有兼容性高、響應(yīng)靈敏、線性好、重復(fù)性高、測濕范圍大的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于二硒化鉬的光纖濕度傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

濕度是一個重要的物理量，航空航天、發(fā)電變電、紡織、食品、醫(yī)藥、倉儲、農(nóng)業(yè)等行業(yè)對濕度的要求都非常嚴格，對濕度參量進行有效實時監(jiān)測和控制，是正常生產(chǎn)的前提。理想的濕度傳感器可在較寬的溫度和濕度范圍內(nèi)使用：測量精度高、壽命長、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、濕滯回差小、靈敏度高、線性好、溫度系數(shù)小、制造工藝簡單、體積小等。現(xiàn)在濕度傳感器大部分是利用濕度對電阻或電容的影響制作而成，因此其對抗電磁干擾、抗腐蝕、距離傳感方面存在不足。

雖然現(xiàn)有市面上存在光纖濕度傳感器能有效地應(yīng)對上述問題，但是目前的基于石墨烯的光纖濕度傳感器對濕度的響應(yīng)卻是非線性的，如申請?zhí)枮?01510694866.1的中國專利《基于氧化石墨烯和聚乙烯醇復(fù)合膜的光纖濕度傳感器》公開了基于氧化石墨烯/聚乙烯醇復(fù)合膜的光纖濕度傳感器，由寬帶光源、第一光纖腰錐放大、氧化石墨烯/聚乙烯醇復(fù)合膜、第二光纖腰錐放大和光譜分析儀組成；氧化石墨烯/聚乙烯醇復(fù)合膜經(jīng)過干燥處理，均勻鍍在第一光纖腰錐放大和第二光纖腰錐放大中間光纖區(qū)域的側(cè)表面上，形成氧化石墨烯/聚乙烯醇復(fù)合膜；氧化石墨烯/聚乙烯醇復(fù)合膜的厚度為200～500nm；第一光纖腰錐放大左端與寬帶光源連接，第一光纖腰錐放大右端與第二光纖腰錐放大左端連接，第二光纖腰錐放大右端與光譜分析儀連接。雖然該專利具有較高靈敏度和分辨率，但其不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制備不易，且對濕度的響應(yīng)為非線性，精準度不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中至少一個技術(shù)缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、響應(yīng)具線性的基于二硒化鉬的光纖濕度傳感器及其制備方法。

本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種基于二硒化鉬的光纖濕度傳感器，包括側(cè)邊拋磨光纖、二硒化鉬膜層，所述側(cè)邊拋磨光纖包括包層和纖芯，所述包層經(jīng)部分拋磨處理成一拋磨面，所述二硒化鉬膜層沉積在所述側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面上。

二硒化鉬（MoSe₂）具有類似于三明治的片層狀結(jié)構(gòu)，可吸收光線。將二硒化鉬與光波導(dǎo)相結(jié)合，二硒化鉬的光頻電導(dǎo)率會影響光波導(dǎo)的有效折射率，進而影響到光波導(dǎo)中的傳輸光場。利用濕度對光頻電導(dǎo)率的影響，即可制成基于二硒化鉬的光纖濕度傳感器。基于此，把二硒化鉬膜層沉積到側(cè)邊拋磨光纖（SPF）的拋磨面上，涂覆在側(cè)邊拋磨光纖拋磨面上的材料與消逝場產(chǎn)生相互作用，并耦合到在纖芯傳播的模場中，利用這種特性制作出傳感器。

本發(fā)明的基本工作原理基于以上，當(dāng)不同濕度的空氣與二硒化鉬膜層接觸后，二硒化鉬膜層的光頻電導(dǎo)率等光學(xué)參數(shù)會發(fā)生改變，通過測量二硒化鉬膜層光學(xué)參數(shù)的變化即可獲得相應(yīng)的濕度。由于簡單及低廉的制作方法，與光纖系統(tǒng)的高度兼容性，使得二硒化鉬可以作為結(jié)合側(cè)邊拋磨光纖進行傳感的理想選擇。

進一步地，所述二硒化鉬膜層的層數(shù)為多層。

進一步地，所述二硒化鉬膜層的厚度為50nm～500nm。經(jīng)實驗，二硒化鉬作為濕度傳感的最佳厚度應(yīng)為50nm～500nm。

進一步地，所述側(cè)邊拋磨光纖可為單模光纖或多模光纖，所述拋磨面長度為5mm～30mm。一般普通的單模光纖的直徑為125μm，其纖芯直徑約為8μm，若側(cè)邊拋磨光纖為單模光纖，則經(jīng)拋磨處理后的拋磨面厚度應(yīng)為61μm～70μm，計算得到拋磨深度范圍為55μm～64μm；若側(cè)邊拋磨光纖為多模光纖，則所述拋磨面與所述纖芯間距離為1.5μm～5μm，或?qū)⑺隼w芯拋磨掉一部分。