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专利号: 2023107363861
申请人: 德州学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种石墨烯基PCF‑SPR甲烷传感器,其特征在于,所述石墨烯基PCF‑SPR甲烷传感器包括光子晶体光纤,所述光子晶体光纤的端面设置有多个检测孔,检测孔内表面上依次设置金属涂层、甲烷敏感层镀层和石墨烯镀层;

所述检测孔个数为4个,检测孔在端面内呈十字型排布;具体的,相邻的两列之间的圆心角为90°,则在端面上形成以轴心为原点,水平和竖直方向上排列的检测孔分布于x轴和y轴上,检测孔内表面设置金属涂层,所述金属涂层表面依次包覆甲烷敏感层镀层、石墨烯层;

所述光子晶体光纤端面采用SiO2反蛋白石薄膜修饰;

所述石墨烯镀层的厚度为2nm;所述石墨烯镀层的制备方法包括:

采用高压化学气相沉积技术得到石墨烯,通过渗碳析碳或表面生长实现石墨烯的生长,将生长在光纤上的石墨烯通过Hummers氧化法制成氧化石墨烯,通过制备镀液再将其进行磺化处理和敏化活化处理最终形成石墨烯镀层;

所述金属涂层中使用的金属为金,所述金属涂层的厚度为35nm,采用高压化学气相沉积技术制备金属涂层;

所述甲烷敏感层镀层厚度为280nm;所述甲烷敏感层镀层由笼形超分子材料Cryptophane A与固化的氟硅氧烷制成;

所述传感器的设计理论为:传感器中晶格周期为a,空气孔半径为r,检测孔直径为d,在上述四个检测孔镀上金镀层厚度为tm,甲烷敏感层镀层厚度为tc,石墨烯镀层厚度为tn,使其与纤芯基模发生耦合,激发表面等离子体共振效应。

2.如权利要求1所述的石墨烯基PCF‑SPR甲烷传感器,其特征在于,所述SiO2反蛋白石薄膜采用溶胶凝胶协同自组装法在光纤束端面自组装复合胶体晶体薄膜,再将复合薄膜煅烧去除PS微球后得到SiO2反蛋白石薄膜。

3.权利要求1‑2任一项所述的石墨烯基PCF‑SPR甲烷传感器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:制备光子晶体光纤,沿轴向贯通光子晶体光纤形成多个检测孔,检测孔内依次制备金属涂层、甲烷敏感层镀层和石墨烯镀层。

4.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述金属涂层的制备方法为高压化学气相沉积法,具体为:通过高压加热的方式,使得气态或者蒸汽状态的金属等离子体发生化学反应,并且以原子态沉积在空气孔内侧,从而形成金属涂层薄膜;

或,所述甲烷敏感层镀层的制备方法为采取毛细管浸渍涂层技术将笼形超分子材料CryptophaneA与氟硅氧烷的稀溶液涂敷在金属涂层表面,然后用0.4MPa的氮气流对膜的内表面进行抛光,在紫外线照射进行薄膜的干燥;

或,所述石墨烯镀层的制备方法包括:利用高压化学气相沉积技术得到石墨烯,通过渗碳析碳或表面生长实现石墨烯的生长,将生长在光纤上的石墨烯通过Hummers氧化法制成氧化石墨烯,通过制备镀液再将其进行磺化处理和敏化活化处理最终形成石墨烯镀层。

5.权利要求1‑2任一项所述的石墨烯基PCF‑SPR甲烷传感器在甲烷检测中的应用。

6.一种甲烷检测方法,其特征在于,所述方法包括使用权利要求1‑2任一项所述的石墨烯基PCF‑SPR甲烷传感器对环境中的甲烷气体进行检测。