[發(fā)明專利]一種基于黑磷烯的光纖濕度傳感器及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010033505.3
• 申請(qǐng)日: 2020-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN111189801A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵敏;韓亮;孫浩男;王蓉蓉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安石油大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/45
• 分類號(hào): G01N21/45
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種基于黑磷烯的光纖濕度傳感器，其特征在于，包括單模光纖(1)與光子晶體光纖(2)，單模光纖(1)的一端與光子晶體光纖(2)的一端熔接，所述光子晶體光纖(2)的空氣孔(4)內(nèi)填充有黑磷烯－聚乙烯醇(3)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑磷烯的光纖濕度傳感器，其特征在于，光子晶體光纖(2)的長(zhǎng)度為5～15mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑磷烯的光纖濕度傳感器，其特征在于，黑磷烯－聚乙烯醇(3)在光子晶體光纖(2)的空氣孔(4)內(nèi)填充的高度為300～1000μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于黑磷烯的光纖濕度傳感器，其特征在于，基于黑磷烯的光纖濕度傳感器的光強(qiáng)I為：

式中，R是光子晶體光纖端面的反射率；I_core是纖芯基模的光強(qiáng)，是第m階包層模的光強(qiáng)，為包層模與纖芯基模間的相位差。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于黑磷烯的光纖濕度傳感器，其特征在于，包層模與纖芯基模間的相位差為：

式中，λ為入射波長(zhǎng)，Δn_eff是包層模與纖芯基模間的有效折射率差，L是光子晶體光纖的長(zhǎng)度。

6.制備權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的基于黑磷烯的光纖濕度傳感器的方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，將黑磷烯溶液與聚乙烯醇溶液混合并攪拌均勻，得到混合液A；

S2，將單模光纖(1)一端的端面與光子晶體光纖(2)一端的端面進(jìn)行熔接；

S3，將光子晶體光纖(2)的另一端插入混合液A中，混合液A進(jìn)入光子晶體光纖(2)的空氣孔(4)內(nèi)；

S4，將填充有混合液A的光子晶體光纖(2)保持豎直向上，使混合液A均勻地填充在光子晶體光纖(2)的空氣孔(4)中，且空氣孔(4)中無(wú)氣泡，得到所述基于黑磷烯的光纖濕度傳感器。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，制備黑磷烯溶液時(shí)，在真空或密封的環(huán)境中，采用液相剝離法制備黑磷烯溶液，采用的溶劑為N-甲基吡咯烷酮，黑磷烯溶液中溶質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％～30％；

聚乙烯醇溶液中，溶劑為水，溶質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％～30％；

將黑磷烯溶液與聚乙烯醇溶液按照質(zhì)量比為2：1～5：1混合并攪拌均勻。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，S2中，將單模光纖(1)與光子晶體光纖(2)的端面切除平整后進(jìn)行熔接，熔接時(shí)，熔接強(qiáng)度為75-85mA，預(yù)熔時(shí)間為100-110ms，并且光子晶體光纖(2)在放置時(shí)偏離電極5-10μm。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，S3的過(guò)程在真空條件下進(jìn)行，光子晶體光纖(2)插入混合液A中的時(shí)間為1～2小時(shí)；

S4中，將填充有混合液A的光子晶體光纖(2)保持豎直向上30～60分鐘。