[發明專利]一種基于微納光纖的pH/鹽度傳感器

在審

• 申請號: 202010849999.2
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112014356A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 肖建亮;張磊;馬庶祺;劉海濤
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/17
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

本發明公開了一種基于微納光纖的pH/鹽度傳感器，包括柔性基底、柔性薄膜、以及第一微納光纖和/或第二微納光纖，第一微納光纖的腰區涂覆有對pH敏感的第一敏感涂層，第二微納光纖的腰區涂覆有對鹽度敏感的第二敏感涂層，所述柔性薄膜與柔性基底之間設有微流控通道，第一微納光纖的腰區、第二微納光纖的腰區封裝于柔性基底與+柔性薄膜之間，且所述第一敏感涂層、第二敏感涂層置于所述微流控通道中，所述柔性基底和柔性薄膜的折射率小于各微納光纖的纖芯的折射率。本發明可實現對pH值和鹽度的同時檢測，具有高靈敏度、高分辨率、高穩定性及良好的柔性，便于應用在可穿戴設備、智能機器人等的觸覺感知控制系統中。

技術領域

本發明涉及利用微納光纖監測紅外光、可見光或紫外光的強度或偏振變化，以及涉及用于控制系統的測試裝置，尤其涉及一種觸覺感知控制系統的pH傳感器和鹽度傳感器。

背景技術

觸覺是人類獲得外界信息的重要渠道之一，近些年來研究者們致力于柔性觸覺傳感器的開發，以模仿人類皮膚的功能為機器與周圍環境的交互提供解決方案。然而，目前報道的觸覺傳感器多用于檢測所接觸的固體界面或氣體界面處產生的機械力、溫度、濕度等信號，而對于所接觸的液體界面性質如pH、鹽度等信息的感知則鮮有報道。因此，開發可精確感知所接觸液體pH值和鹽度的高性能傳感器，對于識別所接觸液體的酸堿度、鹽度等信息，豐富觸覺傳感器的功能和應用場景具有巨大意義。

目前研究的pH或鹽度傳感器多基于電學原理，易受電磁干擾、難以在核輻射及化學腐蝕性條件下工作，且其靈敏度受到Nernst方程的限制，難以突破59 mV/decade的極限，這在很大程度上限制其在實際中的應用。此外電學傳感器與外部器件的連接仍需導線，這使得器件的穩定性和集成度在很大程度上受到制約。基于光學原理的光纖pH/鹽度傳感器具有抗電磁干擾、耐化學腐蝕等特性，可克服電學傳感器的缺陷。但由于普通光波導的尺寸較大，所得傳感器往往靈敏度和分辨率較低，響應時間較慢，且不易于制備微型化、緊湊型的高集成度傳感器件。

微納光纖作為一種新型光纖，多使用加熱拉伸法得到，使用加熱拉伸法制備的微納光纖通常包括腰區、過渡區和未拉伸區。微納光纖的腰區直徑接近或小于所傳輸的光的波長，當光在微納光纖中傳輸時，相當一部分能量以倏逝場的形式存在于光纖外部的介質。微納光纖以其尺寸小、光場約束能力強、倏逝場比例大、機械強度好、彎曲半徑小、損耗低等特點，被稱為“下一代光纖”。以微納光纖為基礎制備的光學傳感器具有尺寸小、靈敏度和分辨率高，響應快速等特點，為制備高性能、微型化、緊湊型的傳感器件提供了可能。

目前，基于微納光纖的pH或鹽度傳感器尚未見報道，制備高靈敏度的微納光纖pH/鹽度傳感器可一定程度上填補該領域的技術空白。另一方面，pH/鹽度傳感器應用于可穿戴設備或智能機器人等領域時，還要求具有較好的柔性，以便穩定地貼附于人體或機器人表面。因此，開發一種高靈敏度的柔性微納光纖pH/鹽度傳感器非常有必要。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于微納光纖的pH/鹽度傳感器。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明基于微納光纖的pH/鹽度傳感器包括柔性基底和柔性薄膜，還包括第一微納光纖和/或第二微納光纖，第一微納光纖的腰區涂覆有對pH敏感的第一敏感涂層，第二微納光纖的腰區涂覆有對鹽度敏感的第二敏感涂層，所述柔性薄膜與柔性基底之間設有微流控通道，第一微納光纖的腰區、第二微納光纖的腰區封裝于柔性基底與柔性薄膜之間，且所述第一敏感涂層、第二敏感涂層置于所述微流控通道中，所述柔性基底和柔性薄膜的折射率小于各微納光纖的纖芯的折射率。

進一步地，本發明所述第一微納光纖的腰區橫跨所述微流控通道，所述第二微納光纖的腰區橫跨所述微流控通道。

進一步地，本發明所述微流控通道的入液口、出液口均設于柔性基底上、或者均設于柔性薄膜上、或者分設于柔性基底和柔性薄膜上。