[发明专利]一种石墨烯光纤复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯光纤复合材料的制备方法。所述制备方法包括：在铜箔上制备石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯的复合膜；通过铜溶解法将所述复合膜转移到光子晶体光纤的表面；去除转移到所述光子晶体光纤表面的复合膜中的聚甲基丙烯酸甲酯，再进行煅烧，获得石墨烯光纤复合材料。本发明的石墨烯光纤复合材料作为折射率传感器的传感材料，对于如硫化氢气体、蔗糖等物质的浓度检测具有高线性响应和优异的灵敏度，且具有成本低、制作方法简单、可重复性高的特点，可大量生产使用。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种石墨烯光纤复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，是由单层碳原子排列成六方晶格的碳同素异形体，其具有强度高、几乎透明、比表面积大、稳定性高等特点，可作为吸附材料。光子晶体光纤横截面内部存在大量的微结构，使得可操作空间大，使得它在光通信、光器件和光传感等各大领域中获得了极为广泛的应用，在光纤传感领域应用最为突出，具有抗电磁干扰能力强、绝缘性高、可防燃防爆、灵活柔性挠曲、适于远距离监测等的新型传感技术，特别适宜恶劣和危险环境条件下的监测。马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer，MZI)可以广泛用于测量应变、温度和折射率，该器件的原理是光纤的纤芯模式和包层模式之间的干涉。现有的光纤传感器的传感物质为单纯的光纤，其在用于物质浓度检测时，灵敏度有待提高。迄今为止，利用石墨烯包覆的光纤作为传感材料用于Mach-Zehnder干涉折射率传感器的研究工作还没有报道，这种折射率传感器可应用于浓度检测。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种石墨烯光纤复合材料的制备方法，其可以作为折射率传感器的传感材料，并有效地应用于浓度检测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯光纤复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：在铜箔上制备石墨烯和聚甲基丙烯酸甲酯的复合膜；

S2：通过铜溶解法将所述复合膜转移到光子晶体光纤的表面；

S3：去除转移到所述光子晶体光纤表面的复合膜中的聚甲基丙烯酸甲酯，再进行煅烧，获得石墨烯光纤复合材料。

相对于现有技术，本发明将光纤与石墨烯相结合，利用石墨烯的特殊结构对溶液中的分子具有吸附性，由此改变光纤的折射率，提高其灵敏度。本发明的石墨烯光纤复合材料作为折射率传感器的传感材料，对于液体和气体物质浓度检测具有高线性响应和优异的灵敏度，且具有成本低、制作方法简单、可重复性高的特点，可大量生产使用。

进一步地，步骤S1中，先通过化学气相沉积法在铜箔上生长石墨烯，然后在长有石墨烯的铜箔上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯前驱液，经烘干得到所述复合膜。

进一步地，旋涂聚甲基丙烯酸甲酯前驱液时，先在500rpm转速下旋涂3s，再在5000rpm转速下旋涂40s。

进一步地，所述烘干过程的温度为115～125℃，时间为8～12min。

进一步地，步骤S2中，先将涂有复合膜的铜箔置于刻蚀液中，待铜箔溶解后，复合膜漂浮于刻蚀液中；然后用载玻片或PET片将该漂浮的复合膜转移至去离子水中，将光子晶体光纤浸入去离子水中并置于复合膜的底端；再将光子晶体光纤往上提，使复合膜转移到光子晶体光纤表面。

进一步地，所述刻蚀液为硝酸铁溶液，其质量浓度为15～20g/ml。所述硝酸铁溶液中的溶剂通常为水，或去离子水，或采用盐酸(质量分数为36～38％)、双氧水(质量分数为30％)与去离子水按1:1:20的比例配置的混合液。

进一步地，步骤S3中，所述煅烧的温度为280～320℃，时间为3.5～4.5h。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明