[發明專利]柔性力致發光光纖及其制備方法和大應變傳感應用裝置

有效

• 申請號: 202011023913.7
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112213815B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 甘久林;梁好花;陳美華;楊中民
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/32;G01B11/16;C08L83/04;C08K3/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

1.一種柔性力致發光光纖，其特征在于，包括基質光纖、力致發光傳感層(1.3)以及保護層(1.4)；

基質光纖具有纖芯-包層結構，包括纖芯(1.1)和包層(1.2)，包層(1.2)包裹在纖芯(1.1)外；所述力致發光傳感層(1.3)復合在基質光纖的包層(1.2)外側；所述保護層(1.4)包裹在力致發光傳感層(1.3)外；

所述力致發光傳感層(1.3)無需電源或光源的持續激發，直接在外力作用下產生相應強度的力致熒光，通過基質光纖收集力致熒光并沿基質光纖傳輸至遠端進行探測解調；

所述柔性力致發光光纖的制備包括以下步驟：

S1、基質光纖的制備；

S2、力致發光傳感層的制備；力致發光傳感層的制備中，力致發光材料的摻雜包括混合摻雜，應用于多點的大應變傳感；采用雙摻雜即采用兩種力致發光材料混合時，具體步驟如下：

S2.2.1、分別稱取所需質量的力致發光材料與聚二甲基硅氧烷溶劑，其中力致發光材料的總摻雜質量比為25-85wt％，兩種力致發光材料之間的混合比例范圍為10:0-0:10，聚二甲基硅氧烷溶劑中預聚物與交聯劑混合比例范圍為10:1-30:1；

S2.2.2、將步驟S2.2.1配比的兩種力致發光材料與聚二甲基硅氧烷溶劑充分攪拌得到均勻的混合溶液，置于真空環境下脫泡處理；

S2.2.3、將制備好的基質光纖蘸取步驟S2.2.1中得到的混合溶液，最后通過旋轉涂覆法、套管法或平板刮膜法制得均勻的雙摻雜力致發光傳感層；

兩種以上的力致發光材料摻雜形式與此相同，僅需調控各種力致發光材料之間的配比；

S3、保護層的制備。

2.根據權利要求1所述的一種柔性力致發光光纖，其特征在于，所述基質光纖中，纖芯(1.1)的折射率大于包層(1.2)的折射率，纖芯(1.1)直徑為200-1000μm，包層(1.2)厚度為5-100μm，基質光纖的長度為1-10cm，數值孔徑為0.2-0.6，收集力致發光傳感層產生的熒光，并以全內反射的形式在纖芯-包層界面進行傳輸；基質光纖由彈性體制成，彈性體包括聚硅氧烷、有機硅橡膠、軟質類不飽和聚氨酯、聚苯乙烯基彈性體、聚烯烴類彈性體、聚酰胺類彈性體、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚乙二醇二丙烯酸酯或海藻酸；

所述力致發光傳感層(1.3)中，采用力致發光材料與聚二甲基硅氧烷材料復合制成，涂覆于包層(1.2)外側，制成與基質光纖同軸的圓柱狀或薄片狀；所述力致發光材料為彈性力致發光熒光粉，即在基質彈性變形范圍內，其發光具有可恢復性且發光強度與應力應變大小呈規律的線性關系，包括過渡金屬離子或稀土離子摻雜的氧化物、硫化物、磷酸鹽、鋁酸鹽、硅酸鹽、氮氧化物及硫氧化物；力致發光傳感層(1.3)的厚度為50-300μm；

所述保護層(1.4)中，采用聚二甲基硅氧烷材料制成，涂覆于力致發光傳感層(1.3)外側，制成與基質光纖同軸的圓柱狀或薄片狀，厚度為10-200μm。

3.權利要求1所述的柔性力致發光光纖的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、基質光纖的制備；

S2、力致發光傳感層的制備；力致發光傳感層的制備中，力致發光材料的摻雜包括混合摻雜，應用于多點的大應變傳感；采用雙摻雜即采用兩種力致發光材料混合時，具體步驟如下：

S2.2.1、分別稱取所需質量的力致發光材料與聚二甲基硅氧烷溶劑，其中力致發光材料的總摻雜質量比為25-85wt％，兩種力致發光材料之間的混合比例范圍為10:0-0:10，聚二甲基硅氧烷溶劑中預聚物與交聯劑混合比例范圍為10:1-30:1；

S2.2.2、將步驟S2.2.1配比的兩種力致發光材料與聚二甲基硅氧烷溶劑充分攪拌得到均勻的混合溶液，置于真空環境下脫泡處理；

S2.2.3、將制備好的基質光纖蘸取步驟S2.2.1中得到的混合溶液，最后通過旋轉涂覆法、套管法或平板刮膜法制得均勻的雙摻雜力致發光傳感層；

兩種以上的力致發光材料摻雜形式與此相同，僅需調控各種力致發光材料之間的配比；

S3、保護層的制備。