[發明專利]基于氧化石墨烯/乙酸纖維素的長周期光纖光柵NH3氣體傳感器

在審

• 申請號: 202110458439.9
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113189048A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 丁莉蕓;張浩文;徐冰;黃俊
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;C09D101/12;C09D7/61;G02B6/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

1.一種基于氧化石墨烯/乙酸纖維素功能化的長周期光纖光柵NH₃氣體傳感器，其特征在于，包括輸入光纖、長周期光纖光柵探頭和輸出光纖，長周期光柵探頭的一端與輸入光纖連接，另一端與輸出光纖連接；

所述光纖探頭上涂覆有氧化石墨烯/乙酸纖維素復合膜，該復合膜在氧化石墨烯與乙酸纖維素物理共混時形成分子間氫鍵。

2.根據權利要求1所述的基于氧化石墨烯/乙酸纖維素功能化的長周期光纖光柵NH₃氣體傳感器，其特征在于，輸入光纖和輸出光纖均為單模傳導光纖。

3.根據權利要求1所述的基于氧化石墨烯/乙酸纖維素的長周期光纖光柵NH₃氣體傳感器，其特征在于，所述氧化石墨烯/乙酸纖維素復合膜采用物理共混法制備，配置的氧化石墨烯溶液中，氧化石墨烯原液與水的體積比為0.1%-10%，氧化石墨烯與乙酸纖維素質量比例為0.5%-10%。

4.根據權利要求1所述的基于氧化石墨烯/乙酸纖維素的長周期光纖光柵NH₃氣體傳感器，其特征在于，所述長周期光纖光柵探頭包括多組不同周期的光柵，不同周期光柵的柵區側面鍍有不同厚度的氧化石墨烯/乙酸纖維素復合膜。

5.根據權利要求1所述的基于氧化石墨烯/乙酸纖維素功能化的長周期光纖光柵NH₃氣體傳感器，其特征在于，長周期光纖光柵探頭的光柵周期為100-550μm。

6.一種長周期光纖光柵探頭的制作方法，其特征在于，該制作方法包括以下步驟：

將長周期光纖光柵置于無水乙醇中用超聲波進行多次清洗；

用脫脂棉蘸無水乙醇將長周期光柵的包層表面擦拭干凈并晾干；

將尾纖兩端切割形成平整光滑的端面；

采用物理共混法制備氧化石墨烯/乙酸纖維素復合膜，氧化石墨烯與乙酸纖維素物理共混時形成分子間氫鍵；

將氧化石墨烯/乙酸纖維素復合膜涂覆在光纖光柵的柵區側面。

7.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于，采用物理共混法制備氧化石墨烯/乙酸纖維素復合膜時，配置的氧化石墨烯溶液中，氧化石墨烯原液與水的體積比為0.1%-10%，氧化石墨烯與乙酸纖維素質量比例為0.5%-10%。

8.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于，具體采用提拉法將氧化石墨烯/乙酸纖維素復合膜涂覆在光纖光柵的柵區側面。

9.根據權利要求6所述的制作方法，其特征在于，長周期光纖光柵的周期為100-550μm。

10.一種用于測量NH₃氣體濃度的傳感系統，其特征在于，包括光源、長周期光纖光柵傳感器、信號接收與處理單元；

所述長周期光纖光柵傳感器為權利要求1-5中任一項所述的基于氧化石墨烯/乙酸纖維素功能化的長周期光纖光柵NH₃氣體傳感器；

該長周期光纖光柵傳感器的輸出光纖與信號接收與處理單元連接，該長周期光纖光柵傳感器置于NH₃氣體環境中；

信號接收及處理單元包括依次連接的光譜儀、計算機；

從光源發出的光經由輸入光纖進入長周期光纖光柵探頭中，光柵側面涂覆的氧化石墨烯/乙酸纖維素復合膜吸附NH₃分子，傳感信號發生改變，并通過輸出光纖傳導進入信號接收與處理單元，信號接收與處理單元采集透射光信息，通過計算得到NH₃氣體濃度。