专利名称：一种基于单根高分子纳米线的光学气体传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器，尤其是一种基于单根高分子纳米线的光学气体传 感器。
背景技术：
单根高分子纳米线光学气体传感器是一种新型传感器，在科研、工业、环 境、医疗、军事以及食品、卫生等很多方面有广泛的应用，而且具有广阔的应 用潜力和发展前景。
随着光纤制备工艺的改进，低损耗的微纳光纤已经被制备出来，并且己应
用于制作微纳光子学器件，其中微光纤环形谐振腔和全光纤add-dr叩滤波器已 经被证明。目前国际上已经实现基于单根纳米线的气体传感的主要是基于电学 机理的，如单根半导体纳米线和单根高分子纳米线电学气体传感器。 发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于单根高分子纳米线的光学气体传感
叫 益。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是
用一根拉锥微纳光纤通过倏逝波耦合区把光输入到单根高分子纳米线的一 端，用另一根拉锥微纳光纤在单根高分子纳米线的另一端也通过倏逝波耦合区 把经过单根高分子纳米线传导的光输出，以形成传输光信号变化的光学气体传 感器。
所述的两根拉锥微纳光纤的尖端直径均为0.1-2 pm。 所述的高分子纳米线直径为50-1000 nm，传感长度为10-500 pm。 本实用新型具有的有益效果是-
本实用新型的单根高分子纳米线传感器是一种光学传感器，具有小型化， 结构简单，响应速度快，灵敏度高和价格低廉的特点。目前可以检测5%-95%的 相对湿度，ppm量级的氨气和二氧化氮，响应速度比传统薄膜传感器快1 2 个数量级
图1是本实用新型的结构原理示意图。
图2是410 nm直径的聚丙烯酰胺纳米线在相对湿度75-88之间循环的响应图；检测光波长为532nm。
图3是250 mn直径的樟脑磺酸化的聚苯胺/聚苯乙烯纳米线对浓度0.1-4 ppm的二氧化氮响应图；检测光波长为532 nm。
图4是270 nm直径的溴百里香酚蓝掺杂的聚甲基丙烯酸甲脂纳米线对浓度 3-28ppm的氨气响应图；检测光波长为660nm。
图中1、拉锥的微纳光纤，2、耦合区，3、耦合区，4、单根高分子纳米 线，5、拉锥的微纳光纤。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型用一根拉锥微纳光纤1通过倏逝波耦合区2把光 输入到单根高分子纳米线4的一端，用另一根拉锥微纳光纤5在单根高分子纳 米线4的另一端也通过倏逝波耦合区3把经过单根高分子纳米线4传导的光输 出，以形成传输光信号变化的光学气体传感器。
所述的两根拉锥微纳光纤的尖端直径均为0.1-2 pm。
所述的高分子纳米线直径为50-1000 nm，传感长度为10-500 nm。
本实用新型制备过程如下
(1) 首先从高分子溶液里面拉伸出各种功能的高分子纳米线，然后在显微镜 下对纳米线进行切断和转移等微操作，把纳米线放置在需要的衬底上，并通过 微操作把纳米线放置成需要的形状；
(2) 然后把放在衬底上的纳米线放入一个密封性好的容器里面。容器里面有 温湿度表可以检测容器内的环境变化。容器有供气体进出的口。为便于倏逝波 耦合，在容器边特殊设计的装置既能保证拉锥的微光纤耦合纳米线又能使容器 密封；
(3) 用高温拉伸法拉制普通单模光纤，制备出尖端直径在0.1-2 nm的微光纤
(4) 把两根拉锥光纤探针深入到密封容器里面，在光学显微镜下操纵微光纤， 通过倏逝波耦合区把光输入和输出。
(5) 设计的一套气体控制系统可以保证各种待分析的气体进出密封容器，并 接触纳米线。纳米线输出的光信号有光探测器实时监测。
应用举例
使用普通单模光纤高温拉伸法制备出尖端约100nm的微光纤，从聚丙烯酰 胺的水溶液里面拉出410 nm直径的纳米线。在光学显微镜下制备出长度为 200nm的传感器。图1是本实用新型的结构原理示意图；图2是该纳米线在相 对湿度75%-88%之间循环的响应图。响应时间约30ms。检测光波长为532nm。使用普通单模光纤高温拉伸法制备出尖端约500 nm的微光纤，从樟脑磺酸 化的聚苯胺/聚苯乙烯的氯仿溶液里面拉出250 nm直径的纳米线。在光学显微镜 下制备出长度为500pm的传感器。图3是该纳米线对浓度0.1-4 ppm的二氧化 氮响应图。响应时间约7s。检测光波长为532nm。
使用普通单模光纤高温拉伸法制备出尖端约1500 nm的微光纤，从溴百里 香酚蓝掺杂的聚甲基丙烯酸甲脂的丙酮溶液里面拉出卯0nm直径的纳米线。在 光学显微镜下制备出长度为25pm的传感器。图4是该纳米线对浓度3-28 ppm 的氨气响应图。检测光波长为660nm。
当待检测的气体接触纳米线时，会渗透进纳米线里面并和高分子或里面的 指示剂发生反应，引起纳米线的折射率和吸收带的变化，进而影响通过纳米线 的光的强度变化。所以通过检测输出光强就可以检测待检测的气体。
上述具体实施方式
用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制， 在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改 和改变，都落入本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种基于单根高分子纳米线的光学气体传感器，其特征在于用一根拉锥微纳光纤通过倏逝波耦合区把光输入到单根高分子纳米线的一端，用另一根拉锥微纳光纤在单根高分子纳米线的另一端也通过倏逝波耦合区把经过单根高分子纳米线传导的光输出，以形成传输光信号变化的光学气体传感器。
2、 根据权利要求1所述的一种基于单根高分子纳米线的光学气体传感器，其特征在于所述的两根拉锥微纳光纤的尖端直径均为0.1-2 pm。
3、 根据权利要求1所述的一种基于单根高分子纳米线的光学气体传感器， 其特征在于所述的高分子纳米线直径为50-1000 nm,传感长度为10-500 pm。
专利摘要本实用新型公开了一种基于单根高分子纳米线的光学气体传感器。用一根拉锥微纳光纤通过倏逝波耦合区把光输入到单根高分子纳米线的一端，用另一根拉锥微纳光纤在单根高分子纳米线的另一端也通过倏逝波耦合区把经过单根高分子纳米线传导的光输出，以形成传输光信号变化的光学气体传感器。本实用新型具有小型化，结构简单，响应速度快，灵敏度高和价格低廉的特点。目前可以检测5％-95％的相对湿度，ppm量级的氨气和二氧化氮，响应速度比传统薄膜传感器快1～2个数量级。
文档编号G01N21/00GK201222030SQ20082008827
公开日2009年4月15日 申请日期2008年6月16日 优先权日2008年6月16日
发明者磊 张, 殷学锋, 童利民, 谷付星 申请人:浙江大学