本發(fā)明屬于光纖傳感，具體涉及一種基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的voc檢測(cè)器件。

背景技術(shù)：

1、二硫化鎢(ws2)是一種二維過(guò)渡金屬二氫化物材料，具有低成本、高表面體積比和良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)異的性能使ws2成為各種光纖傳感器的敏感層，可用于提高傳感應(yīng)用的靈敏度，其中，ws2在揮發(fā)性有機(jī)化合物(voc)氣體傳感方面已經(jīng)有大量的研究報(bào)道。揮發(fā)性有機(jī)化合物(voc)是一種組成復(fù)雜的有機(jī)污染物，普遍存在于空氣中，對(duì)人體健康有很大的危害。當(dāng)空氣中的voc氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，氣體通過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體，會(huì)引起頭痛、嘔吐、抽搐、疲勞等癥狀。此外，大多數(shù)voc氣體是易燃易爆的，如乙醇?xì)怏w，在高濃度下會(huì)引起火災(zāi)和爆炸。對(duì)空氣中的voc進(jìn)行檢測(cè)有助于減少其對(duì)人體的危害，可以降低安全隱患。檢測(cè)voc的常規(guī)方法有分光光度法、氣相色譜法和高效液相色譜法，這些常規(guī)方法通常耗時(shí)長(zhǎng)、價(jià)格昂貴，并且需要技術(shù)人員進(jìn)行操作。因此，具有成本效益的便攜式氣體傳感設(shè)備的提出顯得至關(guān)重要。光纖傳感器因其重量輕、能夠遙感、不易受電噪聲影響以及多路復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)而受到考慮。本發(fā)明利用二維材料ws2，實(shí)現(xiàn)對(duì)voc氣體分子的吸附，通過(guò)對(duì)ws2與氣體分子相互作用引起的折射率變化進(jìn)行倏逝感測(cè)來(lái)檢測(cè)voc，該檢測(cè)方法靈敏度高且響應(yīng)速度快。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的voc檢測(cè)器件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)voc氣體的檢測(cè)，該voc檢測(cè)器件使用了二維材料，提高了檢測(cè)靈敏度。

2、為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的voc檢測(cè)系統(tǒng)，由超連續(xù)譜光源(6)、光譜分析儀(7)、2×1光纖耦合器(8)、voc檢測(cè)器件(9)、氣體室(10)、注射器(11)和pc(12)組成。

4、進(jìn)一步的，所述的基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的voc檢測(cè)器件的制備方法包括以下步驟：

5、1)將一段引入單模光纖和第一段無(wú)芯光纖去除涂覆層，用酒精擦拭后使用切割刀將端面切平；

6、2)使用光纖在線微加工平臺(tái)將步驟1)得到的引入單模光纖和第一段無(wú)芯光纖對(duì)齊熔接，形成第一個(gè)熔接點(diǎn)；

7、3)對(duì)步驟2)得到的引入單模光纖-第一段無(wú)芯光纖結(jié)構(gòu)距第一個(gè)熔接點(diǎn)約1毫米處的第一段無(wú)芯光纖利用光纖切割刀進(jìn)行切割；

8、4)將一段單孔光纖去除涂覆層，用酒精擦拭后使用切割刀將端面切平；

9、5)利用光纖在線微加工平臺(tái)將步驟3)得到的引入單模光纖-第一段無(wú)芯光纖結(jié)構(gòu)與步驟4)得到的單孔光纖對(duì)齊熔接，形成第二個(gè)熔接點(diǎn)；

10、6)利用光纖切割刀對(duì)步驟5)得到的結(jié)構(gòu)中距第二個(gè)熔接點(diǎn)約20毫米處的單孔光纖進(jìn)行切割；

11、7)將第二段無(wú)芯光纖去除涂覆層，用酒精擦拭后使用切割刀將端面切平；

12、8)利用光纖在線微加工平臺(tái)將步驟6)得到的結(jié)構(gòu)與步驟7)得到的第二段無(wú)芯光纖對(duì)齊熔接，形成第三個(gè)熔接點(diǎn)；

13、9)利用光纖切割刀對(duì)步驟8)得到的結(jié)構(gòu)中距第三個(gè)熔接點(diǎn)約1毫米處的第二段無(wú)芯光纖進(jìn)行切割；

14、10)將一段引出單模光纖去除涂覆層，用酒精擦拭后使用切割刀將端面切平；

15、11)利用光纖在線微加工平臺(tái)將步驟9)得到的結(jié)構(gòu)與步驟10)得到的引出單模光纖對(duì)齊熔接，形成第四個(gè)熔接點(diǎn)；

16、12)使用膠頭滴管將氫氟酸溶液滴在步驟11)所得結(jié)構(gòu)的單孔光纖區(qū)域，1小時(shí)后用去離子水清洗多余的氫氟酸溶液，再用酒精溶液清洗兩到三次，以去除殘留的雜質(zhì)，得到所需的裸芯光纖；

17、13)使用膠頭滴管將食人魚溶液滴在步驟12)所得結(jié)構(gòu)的裸芯光纖區(qū)域，使其羥基化并去除表面雜質(zhì)，1小時(shí)后用去離子水清洗多余的食人魚溶液；

18、14)使用膠頭滴管將濃度為1mg/ml的pdda溶液滴在步驟13)所得結(jié)構(gòu)的裸芯光纖區(qū)域一個(gè)小時(shí)，以使裸芯光纖表面帶正電荷；

19、15)由于ws2納米片分散體帶負(fù)電，因此可以通過(guò)靜電吸附在裸芯光纖表面進(jìn)行改性，用10μl濃度為1mg/ml的ws2納米片分散液在步驟14)所得結(jié)構(gòu)的裸芯光纖區(qū)域進(jìn)行涂覆，并在環(huán)境中靜置2小時(shí)；

20、16)沉積完成后，將步驟15)所得結(jié)構(gòu)在60攝氏度的環(huán)境中退火一小時(shí)，以提高其穩(wěn)定性。

21、進(jìn)一步的，步驟1)所述的引入單模光纖和步驟10)所述的引出單模光纖的纖芯直徑為8.2微米，包層直徑為125微米；步驟1)所述的第一段無(wú)芯光纖和步驟7)所述的第二段無(wú)芯光纖包層直徑為125微米；步驟4)所述的單孔光纖的纖芯直徑為8.2微米，包層直徑為125微米，空氣孔直徑為36微米，空氣孔位于纖芯一側(cè)；步驟12)得到的裸芯光纖纖芯直徑為8.2微米，包層直徑約為75微米。

22、本發(fā)明還提供了基于所述傳感器的測(cè)量系統(tǒng)，裝置包括：超連續(xù)譜光源(6)、光譜分析儀(7)、2×1光纖耦合器(8)、voc檢測(cè)器件(9)、氣體室(10)、注射器(11)和pc(12)。

23、1)所述測(cè)量系統(tǒng)各元件關(guān)系如下：在傳感器工作過(guò)程中，將超連續(xù)譜光源(6)、光譜分析儀(7)和voc檢測(cè)器件(9)與2×1光纖耦合器(8)相連，光譜分析儀(7)的另一端與pc(12)相連，voc檢測(cè)器件(9)放在氣體室(10)中。

24、2)在檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)注射器(11)向氣體室(10)中注入voc樣品，通過(guò)pc(12)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理。

25、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有優(yōu)勢(shì)：

26、1)本發(fā)明提出的voc檢測(cè)器件中使用的裸芯光纖具有相對(duì)較低的損耗和較高的透射特性，裸露的纖芯部分對(duì)折射率的變化十分敏感，有利于提高傳感器的靈敏度，

27、2)本發(fā)明提出的voc檢測(cè)器件使用了二維材料ws2，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)voc分子的動(dòng)態(tài)。

28、3)本發(fā)明提出的voc檢測(cè)器件具有結(jié)構(gòu)緊湊、可在室溫下操作、靈敏度高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的voc檢測(cè)器件，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，其特征為：由引入單模光纖(1)、第一段無(wú)芯光纖(2)、裸芯光纖(3)、第二段無(wú)芯光纖(4)和引出單模光纖(5)依次對(duì)齊熔接形成。其中，在裸芯光纖(3)表面修飾ws2，用于捕獲voc分子，從而達(dá)到檢測(cè)voc的目的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的voc檢測(cè)器件，其特征在于，所述的voc檢測(cè)器件(9)制備方法包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1～2所述的一種基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的voc檢測(cè)器件，其特征在于步驟1)所述的引入單模光纖和步驟10)所述的引出單模光纖的纖芯直徑為8.2微米，包層直徑為125微米；步驟1)所述的第一段無(wú)芯光纖和步驟7)所述的第二段無(wú)芯光纖包層直徑為125微米；步驟4)所述的單孔光纖的纖芯直徑為8.2微米，包層直徑為125微米，空氣孔直徑為36微米，空氣孔位于纖芯一側(cè)；步驟12)得到的裸芯光纖纖芯直徑為8.2微米，包層直徑約為75微米。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～2所述的一種基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的voc檢測(cè)器件，其特征在于，將超連續(xù)譜光源(6)、光譜分析儀(7)和voc檢測(cè)器件(9)與2×1光纖耦合器(8)相連，光譜分析儀(7)的另一端與pc(12)相連，voc檢測(cè)器件(9)放在氣體室(10)中，通過(guò)注射器(11)向氣體室(10)中注入voc樣品，通過(guò)pc(12)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的VOC檢測(cè)器件，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，其特征為：由引入單模光纖(1)、第一段無(wú)芯光纖(2)、裸芯光纖(3)、第二段無(wú)芯光纖(4)和引出單模光纖(5)依次對(duì)齊熔接形成，在裸芯光纖(3)表面修飾WS2，用于捕獲VOC分子。該傳感器單元通過(guò)對(duì)齊熔接和電弧放電實(shí)現(xiàn)MZI的制作，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可在室溫下操作等特點(diǎn)，且靈敏度高、響應(yīng)速度快，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：吳繼旋,黃開星,張誠(chéng),白華,李葉,高鑫亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21