[發明專利]花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器及制作方法

有效

• 申請號: 202010030060.3
• 申請日: 2020-01-12
• 公開（公告）號: CN111122006B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 沈濤;李冰;馮月
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器，其特征在于，它包括ASE光源(1)、光纖環形器(2)、溫度傳感頭(3)、光譜儀(4)；

所述的溫度傳感頭(3)內包含有一號單模光纖(3-1)、多模單球微納光纖(3-2)、花狀ZnO/石墨烯敏感材料(3-3)、二號單模光纖(3-4)、金屬鋁膜(3-5)；

所述的溫度傳感頭(3)以多模單球微納光纖(3-2)為溫敏區，多模單球微納光纖(3-2)包覆溫敏性花狀ZnO/石墨烯敏感材料(3-3)，并與一號單模光纖(3-1)和二號單模光纖(3-4)以光纖熔融連接的方式連接；

所述的溫度傳感頭(3)中，二號單模光纖(3-4)一端與多模單球微納光纖(3-2)熔融連接，另一端包覆金屬鋁膜(3-5)；

所述的多模單球微納光纖(3-2)是以多模光纖為主體，先制得多模微納光纖，再利用氫氧焰熔融拉錐后反向調節夾具的方法，在多模微納光纖拉錐處灼燒融球，從而形成該種結構；

所述的ASE光源(1)通過單模光纖與光纖環形器(2)連接，光纖環形器(2)通過單模光纖與溫度傳感頭(3)相連，光纖環形器(2)通過單模光纖與光譜儀(4)連接，且單模光纖與各器件之間采用光纖熔融連接的方式連接。

2.根據權利要求1所述的花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器，其特征在于，所述的ASE光源(1)的輸出中心波長為1550nm，頻帶寬度為60nm。

3.根據權利要求1所述的花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器，其特征在于，所述的溫度傳感頭(3)中花狀ZnO/石墨烯敏感材料(3-3)為溫度復合敏感材料。

4.根據權利要求1所述的花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器，其特征在于，所述的溫度傳感頭(3)中多模單球微納光纖(3-2)與花狀ZnO/石墨烯敏感材料(3-3)結合采用的方法為滴涂法。

5.根據權利要求1所述的花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：多模單球微納光纖(3-2)的制備，取長度為8cm、纖芯直徑為62.5μm的多模光纖經氫氧焰熔融拉錐后保持氫氧焰加熱狀態下反向調節光纖夾具的方法進行處理，制得多模單球微納光纖(3-2)；

S2：花狀ZnO/石墨烯敏感材料(3-3)的制備，將15.0mg石墨烯粉末置于40mL去離子水中超聲分散2小時，將分散后的石墨烯溶液與3.5g硝酸鋅、4.8g檸檬酸、100mL去離子水混合，在75℃溫度下攪拌1.5h，放入90℃的恒溫干燥箱中1.5-2h，向混合液滴入濃度為1.5mol/L的氫氧化鈉溶液，調節懸浮液的pH值為9.5，將懸浮液轉移到反應釜內，并放入125℃恒溫干燥箱中15-16h，取出后自然冷卻，用去離子水洗滌產物4-5次，以5000rmp/min離心15min，得到花狀ZnO/石墨烯水溶液；

S3：單模-拉錐多模-單模光纖結構的制備，截取兩根長5cm的單模光纖作為一號單模光纖(3-1)和二號單模光纖(3-4)，將一號單模光纖(3-1)、多模單球微納光纖(3-2)、二號單模光纖(3-4)三者采用光纖熔融連接的方式連接，形成單模-拉錐多模-單模光纖結構；

S4：金屬鋁膜(3-5)的包覆，將單模-拉錐多模-單模光纖結構中的二號單模光纖(3-4)未熔接的一端截短，并將反射性能較好的金屬鋁膜(2)包覆其上；

S5：溫度傳感頭(3)的集成，將制作好但尚未滴覆材料的單模-拉錐多模-單模光纖結構固定在玻璃基板上，用酒精和去離子水清洗，去除殘留雜質，將花狀ZnO/石墨烯水溶液沿多模單球微納光纖(3-2)表面滴入，并將傳感頭放入恒溫電熱鼓風干燥箱中進行干燥處理，使敏感材料與多模單球微納光纖(3-2)緊密結合，形成溫度傳感頭(3)。

6.根據權利要求5所述的花狀ZnO/石墨烯單球微納結構溫度傳感器的制備方法，其特征在于，所述的步驟S1中氫氧焰熔融拉錐處理，采用氫氧焰拉錐機進行熔融拉錐12.4mm，形成腰椎直徑為6.92μm的多模微納光纖，回調夾具1mm，多模微納光纖腰椎區域經氫氧焰灼燒融球，形成多模單球微納光纖(3-2)，單球直徑13.1μm。