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檢測器件。

背景技術：

1、二硫化鎢(ws2)是一種二維過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。這些優(yōu)異的性能使ws2成為各種光纖傳感器的敏感層，可用于提高傳感應用的靈敏度，其中，ws2在揮發(fā)性有機化合物(voc)氣體傳感方面已經有大量的研究報道。揮發(fā)性有機化合物(voc)是一種組成復雜的有機污染物，普遍存在于空氣中，對人體健康有很大的危害。當空氣中的voc氣體達到一定濃度時，氣體通過呼吸系統(tǒng)進入人體，會引起頭痛、嘔吐、抽搐、疲勞等癥狀。此外，大多數voc氣體是易燃易爆的，如乙醇氣體，在高濃度下會引起火災和爆炸。對空氣中的voc進行檢測有助于減少其對人體的危害，可以降低安全隱患。檢測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)方法通常耗時長、價格昂貴，并且需要技術人員進行操作。因此，具有成本效益的便攜式氣體傳感設備的提出顯得至關重要。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用等優(yōu)點而受到考慮。本發(fā)明利用二維材料ws2，實現對voc氣體分子的吸附，通過對ws2與氣體分子相互作用引起的折射率變化進行倏逝感測來檢測voc，該檢測方法靈敏度高且響應速度快。

技術實現思路

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檢測器件，以實現對voc氣體的檢測，該voc檢測器件使用了二維材料，提高了檢測靈敏度。

2、為了實現以上目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

3、一種基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的voc檢測系統(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檢測器件(9)、氣體室(10)、注射器(11)和pc(12)組成。

4、進一步的，所述的基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的voc檢測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將步驟1)得到的引入單模光纖和第一段無芯光纖對齊熔接，形成第一個熔接點；

7、3)對步驟2)得到的引入單模光纖-第一段無芯光纖結構距第一個熔接點約1毫米處的第一段無芯光纖利用光纖切割刀進行切割；

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將步驟3)得到的引入單模光纖-第一段無芯光纖結構與步驟4)得到的單孔光纖對齊熔接，形成第二個熔接點；

10、6)利用光纖切割刀對步驟5)得到的結構中距第二個熔接點約20毫米處的單孔光纖進行切割；

11、7)將第二段無芯光纖去除涂覆層，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將步驟6)得到的結構與步驟7)得到的第二段無芯光纖對齊熔接，形成第三個熔接點；

13、9)利用光纖切割刀對步驟8)得到的結構中距第三個熔接點約1毫米處的第二段無芯光纖進行切割；

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將步驟9)得到的結構與步驟10)得到的引出單模光纖對齊熔接，形成第四個熔接點；

16、12)使用膠頭滴管將氫氟酸溶液滴在步驟11)所得結構的單孔光纖區(qū)域，1小時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，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)所得結構的裸芯光纖區(qū)域，使其羥基化并去除表面雜質，1小時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)所得結構的裸芯光纖區(qū)域一個小時，以使裸芯光纖表面帶正電荷；

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

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

21、進一步的，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)所述的第一段無芯光纖和步驟7)所述的第二段無芯光纖包層直徑為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；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檢測器件(9)、氣體室(10)、注射器(11)和pc(12)。

23、1)所述測量系統(tǒng)各元件關系如下：在傳感器工作過程中，將超連續(xù)譜光源(6)、光譜分析儀(7)和voc檢測器件(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檢測器件(9)放在氣體室(10)中。

24、2)在檢測過程中，通過注射器(11)向氣體室(10)中注入voc樣品，通過pc(12)進行數據存儲和處理。

25、本發(fā)明與現有技術相比具有優(yōu)勢：

26、1)本發(fā)明提出的voc檢測器件中使用的裸芯光纖具有相對較低的損耗和較高的透射特性，裸露的纖芯部分對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檢測器件使用了二維材料ws2，可以實時監(jiān)測voc分子的動態(tài)。

28、3)本發(fā)明提出的voc檢測器件具有結構緊湊、可在室溫下操作、靈敏度高和響應速度快等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。

技術特征：

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

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

3.根據權利要求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)所述的第一段無芯光纖和步驟7)所述的第二段無芯光纖包層直徑為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；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.根據權利要求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檢測器件(9)放在氣體室(10)中，通過注射器(11)向氣體室(10)中注入voc樣品，通過pc(12)進行數據存儲和處理。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于二硫化鎢修飾裸芯光纖的VOC檢測器件，屬于光纖傳感技術領域，其特征為：由引入單模光纖(1)、第一段無芯光纖(2)、裸芯光纖(3)、第二段無芯光纖(4)和引出單模光纖(5)依次對齊熔接形成，在裸芯光纖(3)表面修飾WS2，用于捕獲VOC分子。該傳感器單元通過對齊熔接和電弧放電實現MZI的制作，具有結構緊湊、可在室溫下操作等特點，且靈敏度高、響應速度快，具有廣泛的應用前景。

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