[发明专利]一种二维材料法珀型点式光纤传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种二维材料法珀型点式光纤传感器的制备方法，包括如下步骤：裁剪二维材料、固定二维材料、旋涂支撑材料、裁剪成小块、刻蚀二维材料生长基底、清洗支撑材料覆盖保护的二维材料、捞取支撑材料覆盖保护的二维材料、控温烘烤、使覆盖有二维材料的光纤陶瓷插芯端面微浸入支撑材料去除溶剂中、去除支撑材料、使用低表面张力溶剂置换去除溶、分离吹干后取下光纤陶瓷插芯、装配单模光纤和光纤陶瓷插芯。本发明应用于光纤传感领域，可以减少器件制备过程中二维材料的破损率，显著提高二维材料法珀型点式光纤传感器制备成功率，可推广至二维材料法珀型点式光纤传感器规模化制备。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体是一种二维材料法珀型点式光纤传感器的制备方法。

背景技术

点式光纤传感器具有强抗电磁干扰能力、高精度、高灵敏、快响应、宽频带、小尺寸、易制备、耐腐蚀等诸多优点，可以应用于动态量和静态量的监测，包括动态的声压、振动、加速度等的检测，以及静态的压力、反射率、湿度、温度等的检测，目前，这类传感器在生物医学、航空航天、航海深潜等领域有着越来越广泛的应用前景。

法布里-珀罗干涉型(简称，法珀型)点式光纤传感相比于其他点式光纤传感器，如马赫-曾德尔干涉型、迈克尔逊干涉型、萨格奈克干涉型，具有结构紧凑、高灵敏度等优势，法珀型点式光纤传感器中的典型结构是由光纤端面和敏感膜片构成的法珀腔，当振动、压力等待测物理量作用于敏感膜片时，腔长改变，导致光路光程差微小变化，进而形成相位调制，实现物理量检测。现有技术中，早在20世纪90年代就利用两端光纤的端面制作出了法珀型点式光纤传感器原型样机，在1996年又基于聚合物薄膜和多模光纤制备了法珀腔。2000年前后又尝试了以硅膜片为敏感膜片制备法珀腔，在2000年以后，分别尝试采用铜膜、SU-8光刻胶膜和银膜作为敏感膜片研制法珀型点式光纤传感器。无论是硅膜、聚合物膜，还是铜膜、银膜等金属膜片，由于材料性质和机械性能限制，厚度一般超过微米量级，限制了该类型传感器灵敏度的提升。

二维薄膜材料是这样一种层状材料的统称，该类材料能够剥离出仅有一个原子层厚度或几个原子层厚度的稳定薄层。二维薄膜材料最显著的特征是层内原子通过极强的共价键键合，而层间通过微弱的范德华力相互吸引。石墨烯是最早被发现的仅由单层碳原子按照六方晶格排列而成的最薄二维材料。石墨烯弹性刚度接近340N/m，杨氏模量E≈1TPa；断裂强度接近42N/m，石墨烯本征强度σ_int≈130GPa，拉伸形变接近ε≈25％，相较于其他材料，石墨烯是当前已知的力学性能最强材料之一。目前，已经发现的二维材料主要包括：石墨烯(Graphene)、六方氮化硼(Hexagonal BoronNitride，h-BN，也称白石墨烯)、过渡金属硫化物(Transition Metal Dichachogenides，TMDs，如二硫化钼MoS₂、WS₂、WSe₂)、硅烯(Silicene)、黑磷(BlackPhosphorus)、层状超导氧化物(如NbSe₂、BSCCO)等，二维材料家族涵盖了导体、半导体、绝缘体、超导体，种类近千种，基本构建了一个完备的二维材料体系，为研究新型NEMS传感器提供了全新的材料体系。天然单原子层厚度或者几个原子层厚度，使得二维材料称为法珀型点式光纤传感器敏感膜片的理想选择。2014年，香港理工大学马军等将石墨烯薄片转移到光纤陶瓷插芯上，制作了法珀型点式光纤传感器原型。2017年，北京航空航天大学李成团队和开展了相似工作。

当前的研究工作均反映，器件制作过程二维材料易破损、成品率低，阻碍了传感器的商业化推广应用。因此，本发明提出了一种简单高效的高成品率二维材料法珀型点式光纤传感器制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有制备方法中二维材料易破损、成品率低等难题，提出了一种简单高效的高成品率二维材料法珀型点式光纤传感器制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种二维材料法珀型点式光纤传感器的制备方法，包括如下步骤：