一种用于气体浓度检测的中空多层膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于气体浓度检测技术领域，具体涉及一种用于气体浓度检测的中空多层膜及其制备方法,所述中空多层膜包括多个单层增益膜层和多个支撑体膜层，所述单层增益膜层和多个支撑体膜层交替设置在镀膜基片上，所述支撑体膜层上设置有深度穿透支撑体膜层的条形通道。由于采用了中空多层薄膜，分析物分子通过通道扩散进入薄膜的可能性大大提高。同时进行多次双向渗透，优于从单层膜表面单向渗透。因此，本发明专利技术显著提高了淬灭效率，并获得了极高的灵敏度，还可以大大提高气体浓度检测速度。还可以大大提高气体浓度检测速度。还可以大大提高气体浓度检测速度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于气体浓度检测的中空多层膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于气体浓度检测
，具体涉及一种用于气体浓度检测的中空多层膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]基于薄膜的有机固体激光器在光子器件和灵敏检测平台方面，都具有巨大的潜力。小分子和半导体有机聚合物的激光作用，正在打开一种新的气体检测方法的大门。这是因为利用激光作用的放大特性，可以产生高灵敏度。是一种有效的增强机制，可以放大非辐射失活引起的辐射差异，当分析物结合到薄膜表面时，这种差异会因电子转移机制或其他相互作用所熄灭。因此，随着失活在整个薄膜中所占比例的增加，灵敏度也在增加。到目前为止，所有用于灵敏气体检测的传感装置都是基于单层膜的，并且一直在减小膜的厚度以获得高的灵敏度和传感效率。
[0003]为了获得高灵敏度而减小单层膜厚度的方法是具有局限性的，这主要是因为膜的厚度决定了光反馈结构的光存储容量。因此，传感检测的灵敏度是有限的，最致命的弱点是如果薄膜厚度低于激光产生的正常水平，很容易不产生激光作用，导致传感检测失败。此外，随着单层膜厚度的减小，对激光泵浦能量的要求越来越高，而这些有机材料的一个限制是在高泵浦功率的恶劣条件下缺乏耐久性，这是许多传感应用所必需的。值得一提的是，如果有机物不耐高温，在高泵浦能量下会受到破坏，也会导致检测失败。此外，为了降低泵浦功率，并在减小单层膜厚度的情况下提高灵敏度，目前需要高Q的光反馈结构，如DFB和微环。然而，这些光反馈结构仍然不能完全补偿单层膜的固有缺陷，同时与简单的制造和良好的光束质量不兼容。/>[0004]法布里
‑
珀罗(FP)腔结构在光电子学领域表现出许多优点，如易于实现、提供电磁场与增益介质之间的体互作用以及具有一定方向性的良好光束质量。它们还具有灵活性和与通常简单的加工技术的兼容性，然而，到目前为止，受Q因子限制的FP腔还没有被引入到薄膜激光器中实现气体的检测。
[0005]此外，对于基于固体激光器的气体浓度检测来说，检测的精度与增益介质的数量和其淬灭效率有关。单层膜作为增益介质，如果太薄，理论上淬灭效率会很高，但是其膜中的增益介质太少，很难达到检测的目的。如果做的太厚，虽然可以达到检测的目的，但是检测精度很低。

技术实现思路

[0006]本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种用于气体浓度检测的中空多层膜及其制备方法，以提高气体浓度检测的精度和效率。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于气体浓度检测的中空多层膜，包括多个单层增益膜层和设置在各个单层增益膜层之间的支撑体膜层，所述支撑体膜层上设置有深度穿透支撑体膜层的条形通道。
[0008]所述单层增益膜层的材质为质量比为100：0.6~100：1.4的乙基纤维素与荧光素纳混合，所述支撑体膜层的材质为乙基纤维素。
[0009]所述条形通道的宽度200um
±
20um。
[0010]所述支撑体膜层的厚度为单层增益膜层的厚度的9~15倍。
[0011]所述单层增益膜层的数量为5~20。
[0012]此外，本专利技术还提供了一种用于气体浓度检测的中空多层膜的制备方法，包括以下步骤：S1、分别在两种玻璃基片上旋涂旋涂一层牺牲层，然后在牺牲层上分别制备单层增益膜层和支撑体膜层，并在支撑体膜层上划出条形通道；S2、将单层增益膜层和支撑体膜层从玻璃基片上剥离；S3、将单层增益膜层和支撑体膜层交替堆叠，使其交替沉积在镀膜基片上，并使支撑体膜层上的条形通道对准，然后使其干燥后自粘，形成中空多层膜。
[0013]所述步骤S1中，牺牲层材质为聚苯乙烯；所述步骤S2中，将步骤S1得到的玻璃基片放入环己烷中，使聚苯乙烯牺牲层在环己烷中溶解，进而使单层增益膜层和支撑体膜层从聚苯乙烯牺牲层中释放出来，得到单层增益膜层和支撑体膜层。
[0014]进一步地，本专利技术还提供了一种气体浓度检测装置，包括所述的中空多层膜，还包括固体激光器、光学组件、光谱仪和FP腔，所述中空多层膜设置在FP腔中，所述固体激光器发出的光经光学组件后入射至FP腔，所述FP腔出射的激光由光谱仪采集并进行分析。
[0015]所述光学组件包括光阑、二分之一波片、偏振分光棱镜和双凸透镜。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术提供了一种用于气体浓度检测的中空多层膜及其制备方法，采用了包括单层增益膜层和支撑体膜层的中空多层薄膜，支撑体膜层内设置有条形通道，分析物分子通过通道扩散进入薄膜的可能性大大提高，可以同时进行多次双向渗透，优于从单层膜表面单向渗透，因此，本专利技术显著提高了淬灭效率，并获得了极高的灵敏度。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例一提供的一种用于气体浓度检测的中空多层膜的结构示意图；图2为本专利技术实施例中单层增益膜和支撑体膜的制备示意图；图3为本专利技术实施例二中中空多层膜的制备示意图；图4为本专利技术实施例三中的气体浓度检测装置的机构示意图；图5为2700 nm厚的单层膜和单层厚度为270 nm中空多层膜淬灭前和完全淬灭后样品的发射光谱积分随泵浦能量密度的变化；图6为2700 nm厚的单层膜和单层厚度为270 nm中空多层膜在两倍阈值泵浦能量下不同响应时间(0s、360s、720s和840s)下的激光发射光谱；图7为荧光传感效率与薄膜数量的依赖关系图。
[0018]图中：1为固体激光器，2为光阑，3为二分之一波片，4为偏振分光棱镜，5为分光棱镜，6为反射镜，7为双凸透镜，8为FP腔，9为中空多层膜，91为镀膜基片，92为单层增益膜层，
93为支撑体膜层，94为条形通道，95为牺牲层，96为玻璃基底。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]实施例一如图1所示，本专利技术实施例提供了一种用于气体浓度检测的中空多层膜，包括镀膜基片91，所述镀膜基片91上交替设置单层增益膜层92和支撑体膜层93，所述支撑体膜层93上设置有深度穿透支撑体膜层的条形通道94。
[0021]具体地，本实施例中，所述单层增益膜层92的材质为质量比为100:0.6~100:1.4的乙基纤维素(EC)与荧光素纳混合，进一步地，其质量比优选为100:1。所述支撑体膜层93的材质为乙基纤维素。
[0022]具体地，本实施例中，所述条形通道94设置在支撑体膜层93的中心，其宽度为200um
±
20um，其长度具体为15mm
±
3mm，此外，条形通道长度可以根据支撑体膜层93的尺寸调节，只要条形通道不分离膜层即可。所述支撑体膜层93的厚度为增益膜层的厚度的9~15倍。单层增益膜的厚度具体可以为几十到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于气体浓度检测的中空多层膜，其特征在于，包括多个单层增益膜层（92）和设置在各个单层增益膜层（92）之间的支撑体膜层（93），所述支撑体膜层（93）上设置有深度穿透支撑体膜层的条形通道（94）。2.根据权利要求1所述的一种用于气体浓度检测的中空多层膜，其特征在于，所述单层增益膜层（92）的材质为质量比为100：0.6~100：1.4的乙基纤维素与荧光素纳混合，所述支撑体膜层（93）的材质为乙基纤维素。3.根据权利要求1所述的一种用于气体浓度检测的中空多层膜，其特征在于，所述条形通道（94）的宽度200um
±
20um。4.根据权利要求1所述的一种用于气体浓度检测的中空多层膜，其特征在于，所述支撑体膜层（93）的厚度为单层增益膜层（92）的厚度的9~15倍。5.根据权利要求1所述的一种用于气体浓度检测的中空多层膜，其特征在于，所述单层增益膜层（92）的数量为5~20。6.一种用于气体浓度检测的中空多层膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分别在两种玻璃基片上旋涂旋涂一层牺牲层，然后在牺牲层上分别制备单层增益膜层（92）和支撑体膜层（93），并在支撑体膜层（93）上划出...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文杰，花双全，张婷婷，栗正华，赵佳奇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：