一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器及其加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器及其加工工艺，包括抗渗透薄膜、石墨烯薄膜、空芯光纤、单模光纤，空芯光纤的一端连接于单模光纤端部，石墨烯薄膜覆盖于空芯光纤的另一端，抗渗透薄膜的中心开设有通孔，抗渗透薄膜覆盖于石墨烯薄膜上，石墨烯薄膜、空芯光纤、单模光纤的组成形成光纤F

【技术实现步骤摘要】
一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器及其加工工艺


[0001]本专利技术涉及传感器领域，尤其涉及一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器及其加工工艺。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，对于各种物理参量的检测有了更高的要求，其中在工业生产、健康监测等应用场景中，对更高的灵敏度、更强的抗干扰能力、更小的尺寸的压力传感器成为现在亟需解决的问题。
[0003]现有的液压的压力传感器主要可以分为电学压力传感器和光学压力传感器，而由于电学压力传感器在液体环境内需要防护，容易生锈等缺点，使其在液体环境中检测压力有较大的难度。而常见的一些光学压力传感器如利用激光位移的光学压力传感器具有灵敏度高的优点，但其体积过大，在一些高要求的测量环境中难以胜任测量任务。而光纤压力传感器具有体积小、抗电磁干扰，成本低等优点，并且由于光纤的柔性特性可以在复杂的测量环境中完成测量任务。而光纤压力传感器常见结构为FBG结构或F
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P结构，但由于FBG结构对于压力和温度的交叉敏感使其在解调方面有较大困难。而F
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P结构由于结构简单受到了广泛的关注和应用，其低廉的成本也为批量化生产提供了条件，但F
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P结构的传感器的灵敏度受到敏感膜的影响，现在灵敏度高的敏感膜大多由二维材料薄膜构成，但制作传感器时二维材料薄膜与F
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P结构的密封性一直是人们关注的问题，密封性不好的光学传感器在测量液压的时候很容易由于密封的不好而导致传感器漏水，从而导致测量任务的失败，其对传感器工作的长期稳定性、准确性影响很大，所以对于F
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P高灵敏度液压传感器的抗渗透封装是非常值得关注的问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对于现有技术的不足，尤其是现有传感器中体积过大、灵敏度不高、光学传感器易漏水的不足，我们提出了一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器及其加工工艺。可以在复杂的液体环境中很好的完成液压测量的任务，其高灵敏度、抗渗透等特性使其实用性很强，应用前景广阔。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器，包括抗渗透薄膜、石墨烯薄膜、空芯光纤、单模光纤，空芯光纤为上部开口的空心柱体结构，空芯光纤中间具有空芯，空芯光纤的一端连接于单模光纤端部，石墨烯薄膜覆盖于空芯光纤的另一端，所述抗渗透薄膜的中心开设有通孔，抗渗透薄膜覆盖于石墨烯薄膜上，且包裹于空芯光纤的端部，抗渗透薄膜中心的通孔处于石墨烯薄膜的位置；石墨烯薄膜、空芯光纤、单模光纤的组成形成光纤F
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P腔结构。
[0007]作为更进一步的优选方案，抗渗透薄膜中心的通孔与石墨烯薄膜以及空芯光纤的空芯为同圆心。
[0008]作为更进一步的优选方案，抗渗透薄膜中心的通孔直径小于石墨烯薄膜的直径。
[0009]作为更进一步的优选方案，空芯光纤的长度为0.1μm
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1000μm。
[0010]一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器的加工工艺，包括以下步骤：
[0011]步骤一：将空芯光纤切割或腐蚀成适当的长度，将单模光纤用氢氟酸腐蚀做表面平整度处理；
[0012]步骤二：将处理好的空芯光纤与处理好的单模光纤熔接起来；
[0013]步骤三：将石墨烯薄膜贴附于空芯光纤端口处，形成光纤F
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P腔结构的传感器；
[0014]步骤四：通过原子层沉积的方法在处理好的空芯光纤端口处交替镀上抗渗透薄膜，聚乙烯薄膜和二氧化硅薄膜，作为传感器的抗渗透保护层；
[0015]步骤五：将镀好抗渗透薄膜的传感器通过电子束曝光(EBL)或者光刻等掩模处理将石墨烯薄膜中间部分的抗渗透薄膜去掉，然后完成整个传感器的制作。
[0016]作为更进一步的优选方案，抗渗透薄膜为聚乙烯薄膜和二氧化硅薄膜。
[0017]有益效果
[0018]本专利技术的抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器及其制备方法，能够实现稳定的压力检测。利用了光纤的微结构对光的干涉结果解调出外界的液压变化，涉及了光纤F
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P腔的构建与解调。
[0019]同时，本专利技术具有以下优势：(1)传感器的整体结构简单，便于加工制作。(2)传感器的信号的传输采用光信号，抗电磁干扰能力强。(3)传感器的灵敏度主要与F
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P腔的后端薄膜有关，单层或者少层的石墨烯薄膜结构让传感器的灵敏度极大的提升。传感器的压力灵敏度为0.01mmHg(4)传感器的尺寸很小，集成在光纤头处，尺寸可以做到微米量级。构建成的光纤传感器具有体积小，可弯曲等特性，能够在复杂的环境中完成检测任务(5)石墨烯表面具有抗渗透薄膜，能够很好的防止传感器在液体环境中的漏水现象，保证了其在测量液压的工作能力。
附图说明
[0020]图1是本专利技术抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器的结构示意图；
[0021]图2是本专利技术传感器的检测原理图；
[0022]图3是本专利技术传感器的光谱图；
[0023]图4是本专利技术的制备方法示意图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本专利技术进行详细说明。
[0025]如图1所示是本专利技术的一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器结构示意图，其结构包括抗渗透薄膜1、石墨烯薄膜2、空芯光纤3、单模光纤4，空芯光纤3也可以选材为玻璃管。
[0026]本实施例以空芯光纤3为例，空芯光纤3作为F
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P的空腔长度在0.1μm
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1000μm之间，空芯光纤3的尾端也通过熔接的方式与单模光纤4连接在一起，单模光纤4的长度可根据具体的应用场景来确定。然后，通过挑膜或者戳膜的方式将准备好的单层或者少层石墨烯薄膜转移到空芯光纤上端，由单模光纤、空芯光纤、石墨烯薄膜构成光纤F
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P腔结构。通过原子
层沉积(ALD)的方法将聚乙烯薄膜和二氧化硅薄膜交替的镀在光纤传感器端口处，作为传感器的抗渗透薄膜，单层的聚乙烯薄膜和二氧化硅薄膜厚度为10nm
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100nm,交替镀膜层数为10
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20层。抗渗透薄膜镀好后，使用光刻或者电子束曝光等方式将传感器截面上中间部分的抗渗透薄膜去掉，将下面的石墨烯薄膜露出，抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器的制备工作完成。
[0027]其中，探测光通过光纤尾端进入传感器，传感器位于所检测环境中，由于所检测环境中的压力变化导致F
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P腔的结构发生改变，使得反射光中的光谱特性发生变化，通过解调可以实时检测出外界环境的压力变化。
[0028]图2所示是传感器的检测过程，其中1、2、3分别是环路器的3个端口，光源发出宽谱光通过1号端口进入环路器，然后宽谱光从2号端口入射进传感器内部，传感器处于待测环境中，待测环境的相关物理参数变化导致传感器的结构发生变化，从而完成对入射光光谱的调制，从传感器反射回的反射光携带着调制信息通过环路器的3号端口进入数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器，其特征在于：包括抗渗透薄膜(1)、石墨烯薄膜(2)、空芯光纤(3)、单模光纤(4)，空芯光纤(3)为上部开口的空心柱体结构，空芯光纤(3)中间具有空芯，空芯光纤(3)的一端连接于单模光纤(4)端部，石墨烯薄膜(2)覆盖于空芯光纤(3)的另一端，所述抗渗透薄膜(1)的中心开设有通孔，抗渗透薄膜(1)覆盖于石墨烯薄膜(2)上，且包裹于空芯光纤(3)的端部，抗渗透薄膜(1)中心的通孔处于石墨烯薄膜(2)的位置；石墨烯薄膜(2)、空芯光纤(3)、单模光纤(4)的组成形成光纤F
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P腔结构。2.根据权利要求1所述的一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器，其特征在于：所述抗渗透薄膜(1)中心的通孔与石墨烯薄膜(2)以及空芯光纤(3)的空芯为同圆心。3.根据权利要求2所述的一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器，其特征在于：所述抗渗透薄膜(1)中心的通孔直径小于石墨烯薄膜(2)的直径。4.根据权利要求1所述的一种抗渗透高灵敏的石墨烯液压传感器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞，陈烨，马英卿，曹鸿谦，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：