聚合物螺旋光纤及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于聚合物光纤技术领域，具体涉及聚合物螺旋光纤及其制备方法和应用。先将包层材料加入模具升温聚合，再把纤芯材料加入模具升温聚合，制成聚合物光纤预制棒。并将所得聚合物光纤预制棒放置在特种光纤拉丝塔上进行熔融旋转拉伸，获得聚合物螺旋光纤。本发明专利技术可按需掺杂不同材料；纤芯直径、包层直径、螺距可控，模式可调，兼具极佳的韧性、成本低廉，可制得聚合物螺旋光纤光栅进行温度传感，也可用于多信道、大容量的光通信中，还可以通过螺旋聚合物光纤产生涡旋光，用做光镊操控细胞移动和旋转，也可以用于测振。本发明专利技术聚合物螺旋光纤既能发挥聚合物光纤丰富的材料优势，又能探索螺旋光纤的广泛应用。螺旋光纤的广泛应用。螺旋光纤的广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
聚合物螺旋光纤及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于聚合物光纤
，具体涉及聚合物螺旋光纤及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]螺旋光纤作为光栅进行温度传感；螺旋光纤产生的涡旋光还可以用在光通信中。一般提高通信容量的方法有提高每条信道编码的效率，也可以增加信道数目。可以将不同拓扑荷数的涡旋光作为一个单独的信道，实现超高的通信容量；把涡旋光用做光镊操控细胞移动和旋转。现有的螺旋光纤通常采用石英材质，然而石英材质光纤杨氏模量高、应力范围小、温度灵敏度低、生物兼容性差、硬度高等缺点，相对聚合物光纤，质地脆、机械强度差、分路耦合不灵活、用于生物体传感对生物有损伤。
[0003]因此，如何突破现有石英聚合物光纤的缺陷，以拓展光纤的适用广度成为一个新的探索课题。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了聚合物螺旋光纤的制备方法，目的是为了解决如何突破现有石英聚合物光纤的缺陷，以拓展光纤的适用广度的技术问题。
[0005]本专利技术提供的第一个技术方案为聚合物螺旋光纤的制备方法，具体技术方案如下：
[0006]聚合物螺旋光纤的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1，将包层的材料单体和纤芯的材料单体减压蒸馏；
[0008]S2，将包层溶液注入轴心设有特氟龙绳的预制棒模具中，在80℃预聚合150min，冷却至室温，再在45℃保持3h后，再由50℃逐步升温至90℃进行包层聚合，聚合完成冷却至室温，将特氟龙绳取下，获得中空预制棒；/>[0009]S3，将纤芯溶液灌入步骤S2中的中空预制棒中，在80℃下以30
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60转/分钟的转速绕轴旋转预聚合150min，冷却至室温，再在45℃保持3h后，再由50℃逐步升温至90℃进行纤芯聚合，脱去预制棒模具，获得聚合物光纤预制棒；
[0010]S4，将步骤S3中的聚合物光纤预制棒旋转拉伸，获得聚合物螺旋光纤。
[0011]在某些实施方式中，在步骤S2中，所述预制棒模具包括中空的特氟龙管，所述特氟龙管的两端连接有螺栓，一端所述螺栓开设有通孔，所述特氟龙绳贯穿所述特氟龙管。
[0012]在某些实施方式中，在步骤S2中，所述包层的材料包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、环状烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚丙烯、含氟聚合物中的一种或多种。
[0013]在某些实施方式中，在步骤S2中，所述包层聚合的具体过程如下：依次50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃下分别保持12h。
[0014]在某些实施方式中，在步骤S3中，所述纤芯的材料包括基础材料，所述基础材料包
括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或两种。所述纤芯的材料还包括掺杂材料，所述掺杂材料为磁性纳米颗粒、无序散射颗粒、闪烁体、激光染料、钙钛矿、石墨烯中的一种或多种。
[0015]在某些实施方式中，在步骤S3中，所述纤芯溶液灌入的方法如下：将所述中空预制棒的一端进行密封，通过真空倒吸法，将纤芯溶液从所述中空预制棒的另一端吸入。
[0016]在某些实施方式中，在步骤S3中，所述纤芯聚合的具体过程如下：依次50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃下分别保持12h。
[0017]在某些实施方式中，在步骤S4中，聚合物光纤预制棒在光纤拉丝塔上旋转拉伸，所述光纤拉丝塔的旋转速度为100
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300转/分钟，牵引速度为0.1
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2米/分钟，下棒速度为0.1
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2毫米/分钟。
[0018]本专利技术提供的第二个技术方案为聚合物螺旋光纤，具体技术方案如下：
[0019]利用第一个技术方案提供的方法制备的聚合物螺旋光纤。
[0020]本专利技术提供的第三个技术方案为聚合物螺旋光纤的应用，具体技术方案如下：
[0021]聚合物螺旋光纤的应用，基于第二个技术方案提供的聚合物螺旋光纤，将聚合物螺旋光纤用作温度传感的光栅；将聚合物螺旋光纤用于多信道、大容量的多路复用光通信；将聚合物螺旋光纤用于测量振动的频率、方向和振幅。按需调配材料并设置合适的旋转速度和牵引速度，可制得聚合物螺旋光纤光栅进行温度传感；也可制得聚合物螺旋通信光纤用于多信道、大容量的光通信中；聚合物螺旋光纤用于判断振动方向、判断振动频率、判断振幅。
[0022]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术制备的聚合物螺旋光纤，纤芯可按需掺杂不同材料；纤芯直径、包层直径、螺距可控，模式可调；而且兼具极佳的韧性、较低的光损耗，成本低廉。聚合物材料有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、低吸水性的环状烯烃共聚物(TOPAs)、高玻璃化温度的循环烯烃聚合物(ZEONEX)、极佳的清晰度和抗冲击强度的工程塑料(聚碳酸酯)、可生物降解且生物相容的聚乙烯(PDLA)、和低损耗循环透明非晶体含氟聚合物(CYTOP)。聚合物光纤布拉格光栅还可以在生物医学领域中用于高分辨率热检测。倾斜聚合物光纤布拉格光栅可用于表面等离子体共振传感以及高分辨率的声学探测。聚合物光纤光栅在近程光通信中性能良好，可用于波分复用系统中等。而且很多材料都可以溶解在聚合物材料中(有些金属颗粒要经过修饰)，就能探索更多的应用。如加磁颗粒做磁场探测，加激光染料做随机激光器，加闪烁体做辐射探测等，极大拓宽了螺旋光纤的应用。本专利技术的聚合物螺旋光纤即能发挥聚合物光纤丰富的材料优势，又能探索螺旋光纤的广泛应用。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例1中预制棒模具的平面结构示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例1中聚合物螺旋光纤的显微镜图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0026]实施例1
[0027]本实施例公开了一种聚合物螺旋光纤的制备方法。先制作聚合物光纤预制棒：
[0028]1)单体减压蒸馏，包层材料是包层材料是甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯混合的共聚物，加引发剂过氧化十二酰和链转移剂正丁硫醇，纤芯材料为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯混合的共聚物，加引发剂过氧化十二酰和链转移剂正丁硫醇；
[0029]2)预制棒模具组装，如图1所示：包含一根洁净的特氟龙管2，特氟龙管2中心的一根洁净的特氟龙绳3，以及两端的两个洁净的螺栓1和4；
[0030]3)将包层溶液配好，用玻璃注射器，从模具上端螺栓1的通孔中注入预制棒模具；
[0031]4)将预制棒放入干燥箱，80℃预聚合150min；取出冷却至室温；再次放入干燥箱中，45℃保持3h，再按照50
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90℃的聚合程序，每个温度下保持12h。聚合完成后取出冷却至室温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.聚合物螺旋光纤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将包层的材料单体和纤芯的材料单体减压蒸馏；S2，将包层溶液注入轴心设有特氟龙绳的预制棒模具中，在80℃预聚合150min，冷却至室温，再在45℃保持3h后，再由50℃逐步升温至90℃进行包层聚合，聚合完成冷却至室温，将特氟龙绳取下，获得中空预制棒；S3，将纤芯溶液灌入步骤S2中的中空预制棒中，在80℃下以30
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60转/分钟的转速绕轴旋转预聚合150min，冷却至室温，再在45℃保持3h后，再由50℃逐步升温至90℃进行纤芯聚合，脱去预制棒模具，获得聚合物光纤预制棒；S4，将步骤S3中的聚合物光纤预制棒旋转拉伸，获得聚合物螺旋光纤。2.根据权利要求1所述的聚合物螺旋光纤的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述预制棒模具包括中空的特氟龙管，所述特氟龙管的两端连接有螺栓，一端所述螺栓开设有通孔，所述特氟龙绳贯穿所述特氟龙管。3.根据权利要求1所述的聚合物螺旋光纤的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述包层的材料包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、环状烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚氨酯、聚丙烯、含氟聚合物中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的聚合物螺旋光纤的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述包层聚合的具体过程如下：依次50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃下分别保持12h。5.根据权利要求1所述的聚合物螺旋光纤的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志家，杜文彧，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：