一种氧化石墨烯波纹膜光纤F-P声压传感器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化石墨烯波纹膜光纤F

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯波纹膜光纤F
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P声压传感器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种氧化石墨烯波纹膜光纤F
‑
P声压传感器及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着时代的进步与社会的发展，越来越多的产品需要具备小型化，集成化的特点。声压传感器与我们的生产生活密不可分，已经被广泛应用在了抢险救援、工业生产以及人体健康监测等领域。而由于膜片式光纤F
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P声压传感器具备小型化，功耗低以及抗电磁干扰等优点，使这种声压传感器在未来具有无限的潜力和广阔的应用前景。对于膜片式光纤F
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P声压传感器来说，声压探测灵敏度是一项重要的技术指标，因此探究如何提高其灵敏度很有必要。目前常用的提高膜片式光纤F
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P声压探测灵敏度的方法主要为：增加敏感膜片的径厚比，以及选用性能优良的材料作为敏感膜片，现有技术中常用的敏感膜片多为硅膜片和石墨烯膜片。其中硅膜片的厚度多达到较厚的微米级，且这种量级的硅膜片在较大的载荷条件下易发生断裂。石墨烯膜作为一种新型2D材料具备超薄，不透气以及高弹性等优势，但是该种膜片成本较高，可悬浮直径小，且因为转移工艺不成熟导致制备的传感器一致性较差。
[0003]氧化石墨烯已经被证明是一种很有前途的聚合物复合材料，透明导电膜，纸类材料，此外氧化石墨烯的可控厚度可达微米量级，极大提高了敏感薄膜的可悬浮直径，是做光纤F
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P声压传感器敏感薄膜的理想材料。之前已经有研究人员利用氧化石墨烯膜制备了光纤F
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P声压传感器，但是由于膜片转移过程中引入的预应力没有得到释放，导致制备的传感器灵敏度并不是很高。2017年，Wu等人(Y.Wu，C.Yu，F.Wu，C.Li，J.Zhou，Y.Gong，Y.Rao，and Y.Chen.A highly sensitive fiber
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optic microphone based on graphene oxide membrane[J].Journal ofLightwave Technology，2017，35(19):4344
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4349.)用厚度100nm，直径1.8mm的氧化石墨烯膜制备的光纤F
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P声压传感器灵敏度为750mV/Pa@10kHz。2020年，Wang等人(Wang S，ChenW.Alarge
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area and nanoscale graphene oxide diaphragm
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based extrinsic fiber
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optic Fabry
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Perot acoustic sensorapplied forpartial discharge detectionin air[J].Nanomaterials，2020，10(11)：2312.)利用厚度500nm，直径4.337mm的氧化石墨烯膜制备的光纤F
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P声压传感器灵敏度为25.8mV/Pa@10kHz。为了解决因敏感薄膜表面预应力没有得到很好释放，导致目前氧化石墨烯膜基光纤F
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P声压传感器灵敏度不高的问题，本专利技术提出了一种氧化石墨烯波纹膜光纤F
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P声压传感器的制作及使用方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种氧化石墨烯波纹膜光纤F
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P声压传感器及其制作方法，主要包括模具制作、壳体制作、氧化石墨烯波纹膜制备与对准转移以及F
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P干涉距离确定四步。本专利技术摒弃了常用的增敏方式，通过在氧化石墨烯膜表面制备波纹结构实现传感
器增敏，具有重要的实际意义及应用价值。
[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种氧化石墨烯波纹膜光纤F
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P声压传感器的制作方法，包括以下步骤：
[0006]S1、氧化石墨烯波纹膜制备与对准转移，具体步骤如下：
[0007]S1
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1、在模具(5)表面刻划凹槽，如环形，然后将模具(5)清洗干净；接着在模具(5)带有凹槽的一面滴加GO溶液(氧化石墨烯溶液)并烘干，得到带基底的氧化石墨烯波纹膜(6)；
[0008]S1
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2、在外壳(1)的端面沉孔(2)底面均匀涂抹粘合剂，将模具(5)带有氧化石墨烯波纹膜(6)的一面朝里放入端面沉孔(2)中；
[0009]S1
‑
3、待粘合剂固化后将模具(5)取出，制备得到悬浮氧化石墨烯波纹膜；
[0010]S2、单模光纤(7)的处理：剥去单模光纤(7)的涂覆层，将光纤端面切割平整，擦拭干净，备用；
[0011]S3、F
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P干涉距离确定，具体步骤如下：
[0012]S3
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1、将插芯(8)插入圆柱沉孔(4)并保证插芯(8)的端面与圆柱沉孔(4)的底面接触，此时插芯(8)的端面与氧化石墨烯波纹膜(6)之间构成背腔(3)；
[0013]S3
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2、将步骤S2中处理后的单模光纤(7)从插芯(8)的尾端插入，光纤端面与氧化石墨烯波纹膜(6)之间的距离即为F
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P干涉距离，利用光谱仪观察确定F
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P干涉长度；
[0014]S3
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3、用粘合剂固定单模光纤(7)与插芯(8)的尾端，得到氧化石墨烯波纹膜光纤F
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P声压传感器。
[0015]优选地，步骤S1
‑
1中所述在模具表面刻划凹槽的工艺包括激光加工或化学腐蚀，具有成本低的特点。
[0016]优选地，步骤S1中所述模具形状可为正方形、圆形，也可以根据需求自行设计模具形状，但均需与端面沉孔形状匹配，并保证模具与端面沉孔之间过渡配合。
[0017]优选地，本专利技术对制作模具的材料没有特殊限制，步骤S1
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1中所述模具材料需为与氧化石墨烯膜吸附能较低的金属材料，从而保证氧化石墨烯波纹膜转移的成功率以及模具的材料包括铜或不锈钢。
[0018]优选地，步骤S1
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2中所述外壳材料需选择刚性材料，声压作用下形变可忽略不计，包括铝合金、不锈钢、铜或硅，也可以在保证加工精度与耐腐蚀的前提下，根据需要自行选择外壳材料。所述外壳用于实现单模光纤与氧化石墨烯波纹膜中心的对准。
[0019]优选地，步骤S1
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2中所述粘合剂需具备固定与密封效果好的特点，包括环氧树脂胶、UV胶或紫外胶。
[0020]优选地，所述圆柱沉孔中心与端面沉孔中心同轴度误差≤10μm，从而保证单模光纤与氧化石墨烯波纹膜中心的对准。
[0021]优选地，步骤S3
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2中所述F
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P干涉距离为＜100μm。具体干涉距离需兼顾较高光学灵敏度，但均属于本专利技术专本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯波纹膜光纤F
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P声压传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯波纹膜制备与对准转移，具体步骤如下：S1
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1、在模具(5)表面刻划凹槽，然后将模具(5)清洗干净；接着在模具(5)带有凹槽的一面滴加GO溶液并烘干，得到带基底的氧化石墨烯波纹膜(6)；S1
‑
2、在外壳(1)的端面沉孔(2)底面均匀涂抹粘合剂，将模具(5)带有氧化石墨烯波纹膜(6)的一面朝里放入端面沉孔(2)中；S1
‑
3、待粘合剂固化后将模具(5)取出，制备得到悬浮氧化石墨烯波纹膜；S2、单模光纤(7)的处理：剥去单模光纤(7)的涂覆层，将光纤端面切割平整，擦拭干净，备用；S3、F
‑
P干涉距离确定，具体步骤如下：S3
‑
1、将插芯(8)插入圆柱沉孔(4)并保证插芯(8)的端面与圆柱沉孔(4)的底面接触，此时插芯(8)的端面与氧化石墨烯波纹膜(6)之间构成背腔(3)；S3
‑
2、将步骤S2中处理后的单模光纤(7)从插芯(8)的尾端插入，光纤端面与氧化石墨烯波纹膜(6)之间的距离即为F
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P干涉距离，利用光谱仪观察确定F
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P干涉长度；S3
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3、用粘合剂固定单模光纤(7)与插芯(8)的尾端，得到氧化石墨烯波纹膜光纤F
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P声压传感器。2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯波纹膜光纤F
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P声压传感器的制作方法，其特征在于，步骤S1
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1中所述在模具(5)表面刻划凹槽的工艺包括激光加工或化学腐蚀。3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯波纹膜光纤F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成，刘洋，董书萱，
申请(专利权)人：深圳北航新兴产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：