[发明专利]一种基于石墨烯微纳光纤的温度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯微纳光纤的温度传感器及其制备方法，对包层直径125μm、纤芯直径105μm的大芯径阶跃多模光纤进行氢氧焰加热熔融拉锥形成锥区，将单层石墨烯薄膜转移至多模光纤的传感锥区，制备石墨烯微纳光纤的温度传感器。本发明通过将单层石墨烯与大芯径多模微纳光纤结合，利用石墨烯的热致光吸收效应，实现对温度的全光纤传感检测，通过石墨烯将温度变化转化为光信号的变化，提高了温度检测器件的灵敏度。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种基于石墨烯微纳光纤的温度传感器及其制备方法。

背景技术

标准光纤的包层通常在125μm，光纤纤芯直径的不同，通过光纤光的传输模式也不同。一般情况下传输光场都被限制在纤芯附近，但通过对光纤进行氢氧焰加热熔融拉锥的方式进行处理，可以使得原本被束缚在纤芯的一部分光场以倏逝场的形式泄露在光纤包层外部。此方法可以增强外界环境与光纤中光场的相互作用，从而制备出高灵敏度的光纤传感器件。

现有的光纤温度传感器，通常使用光纤布拉格光栅的温敏特性作为温度传感原理，但光纤光栅传感器需要使用光纤光栅解调仪，导致检测系统冗杂；也有通过电热丝调控D型光纤上热光聚合物的折射率，利用热致折射率变化的效应控制光纤输出的光功率来进行光纤的温度传感，这一类传感器通常需要使用聚合物，而大部分的聚合物为绝热材料，因此，这类传感器的响应速度较慢；另外，聚合物长期处于高温环境下也容易氧化和变质，影响检测精度与使用寿命，导致温度传感器灵敏度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于石墨烯微纳光纤的温度传感器及其制备方法，以解决传统的光纤温度传感器响应速度较慢、检测精度与灵敏度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于石墨烯微纳光纤的温度传感器，包括：多模光纤以及单层石墨烯；

所述单层石墨烯覆盖在所述多模光纤的光纤传感区，形成基于石墨烯微纳光纤的温度传感器。

可选的，所述多模光纤的包层直径为125μm，纤芯直径为105μm；

所述光纤传感区为氢氧焰加热熔融拉制成的锥区，所述锥区的最大长度为8mm；所述锥区的束腰直径范围为57μm～58μm。

可选的，所述单层石墨烯的层厚度为0.34nm。

一种基于石墨烯微纳光纤的温度传感器的制备方法，包括：

利用氢氧焰加热熔融法将多模光纤的光纤传感区拉制为锥区；

利用化学气相沉积方法在铜基底上生长一层单层石墨烯，并在所述单层石墨烯上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯PMMA薄膜；

利用腐蚀法腐蚀带有铜基底的单层石墨烯，得到带有PMMA薄膜的单层石墨烯；

通过转移方法将所述带有PMMA薄膜的单层石墨烯转移到所述多模光纤的锥区，使得所述单层石墨烯与所述锥区贴合，并去除所述PMMA薄膜，得到基于石墨烯微纳光纤的温度传感器。

可选的，所述利用化学气相沉积方法在铜基底上生长一层单层石墨烯，并在所述单层石墨烯上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯PMMA薄膜，具体包括：

由氢气、甲烷与氩气组成的混合气体通过化学气相沉积方法在1cm²铜基底上生长一层单层石墨烯；

再在所述单层石墨烯上旋涂一层厚度为100nm～200nm的PMMA薄膜，并在120℃下固化3min。

可选的，所述利用腐蚀法腐蚀带有铜基底的单层石墨烯，得到带有PMMA薄膜的单层石墨烯，具体包括：