一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种结合电压调制和静电纺丝技术的新型光纤光栅制备方法，具体涉及一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，静电纺丝技术受到生物工程领域科学家的关注，并广泛应用于生物组织重建和可注射药物载体等生命医学关键领域的研宄。然而，纵观近年来的文献和研宄资料不难发现，静电纺丝技术的研宄均是集中在对纺丝工艺规律的研宄，包括纺丝电压、溶液种类和粘度、极板距离、环境因素对纺丝纤维内部结构和性能的影响；瞄准的应用方向均为生物工程应用领域，即生物器官或组织的重建、药物载体和疾病诊断治疗等方面。未来该技术在其他科研和工程领域还会开辟更多的研宄方向，也亟需在更多领域拓展其应用范围。
[0003]此外，光纤光栅等光学器件，经济实用，容易操作，用途广泛，是近年来物理光学，特别是传感器研宄领域的主要研宄对象之一。相关实用性器件势必会不断丰富和推动光学传感技术的研宄。然而，当前光纤光栅的制作依赖于化学和物理纳米刻蚀，以及飞秒激光刻蚀技术的限制，样品制作工艺复杂、成本高，必须使用专用设备，价格昂贵，对加工人员的技术要求高，并且光栅器件的制作目前只能在实验室中实现，无法实现批量生产。本发明拟结合电压调制技术和静电纺丝技术提出一种制备可调制周期的聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的方法，为实现光纤光栅的批量化生产和低成本制作工艺奠定技术基础。
【发明内容】
[0004](一)、要解决的技术问题
本发明解决了目前光纤光栅制作工艺复杂、成本高，所需专用设备价格昂贵，对加工人员技术要求高的问题，提供了一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法。
[0005](二)、技术方案
为了达到上述目的，本发明提出了一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法，采用的技术方案是:信号发生器I产生的周期脉冲信号作为低压控制信号加载到高压直流稳压电源2产生周期脉冲高压信号7，当周期脉冲高压信号7加载到不锈钢喷丝头5和接收电极板6上后，装载在液体溶液3中的聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶液4会从不锈钢喷丝头5喷出，暴露于空气后，聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶液4中的氯仿会迅速挥发，形成聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶胶，并随着高压信号9和低压信号10的调制，产生直径周期性改变的聚甲基丙烯酸甲酯溶胶光纤光栅，当氯仿完全挥发后，可在接收电极板6上收集得到固化后的聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅8。
[0006]上述方案中，所述的信号发生器I的调制频率范围为25MHz，可产生矩形波周期脉冲信号，所述的高压直流稳压电源2的电压调节范围为0V-30KV。
[0007](三)、有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是 1)本发明提出的一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法，可以通过信号发生器的调制频率来改变，而不需要预先制备刻蚀模板；
2)本发明提出的一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法，相比于传统光纤光栅的制备工艺来说，该方法制备速度快、所需设备简单，可以节省光纤光栅制作成本。
[0008]3)本发明提出的一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法，该方法更加环保和高效，所制备的光纤光栅可广泛应用于化学产品生产的过程监测、生物分子的类型及尺寸测定及大气温湿度的传感测量。
【附图说明】
[0009]图1为一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法示意图。
[0010]图2为矩形脉冲高压信号和聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅结构的对应关系示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面通过【具体实施方式】阐明本发明的实质特点和显著进步。
[0012]一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法，与传统光纤光栅制作工艺相比，采用电压调制和静电纺丝技术的特点，实现聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备，其中:电压调制技术可以用于得到周期性变化的高压直流信号，【具体实施方式】是将信号发生器I产生矩形周期脉冲信号作为低压控制信号加载到高压直流稳压电源2，输出如图2所示的周期脉冲高压信号7 ;当周期脉冲高压信号7加载到不锈钢喷丝头5和接收电极板6上后，装载在液体溶液3中的聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶液4会从不锈钢喷丝头5喷出，暴露于空气后，聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶液4中的氯仿会迅速挥发，形成聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶胶，并随着周期脉冲高压信号7的调制，产生直径周期性改变的聚甲基丙烯酸甲酯溶胶光纤光栅，当氯仿完全挥发后，即可在接收电极板6上得到固化的聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅8。如图2所示，对应高压信号9时，在接收电极板6上收集得到聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅8的直径较小，对应此部分高电压的光纤光栅直径为a ;相对低压信号10时，在接收电极板6上收集得到聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅8对应的直径较大，对应此部分低电压的光纤光栅直径为b。其中，信号发生器I的调制频率范围为25MHz，可产生矩形波周期脉冲信号，高压直流稳压电源2的电压调节范围为0V-30KV。
[0013]本发明利用静电纺丝技术中对电压的周期性调制获得直径周期性变化的聚甲基丙烯酸甲酯光纤，即聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅8，是基于以下原理:静电纺丝技术中，纺丝直径的变化与电极上所加电压直接相关。随着电压的增大，纺丝溶液的表面电荷密度会相应地增加，进而导致静电斥力的增强，此时得到的喷丝速度更快，由于不锈钢喷丝头5的直径固定，喷丝速度增大时，会导致纺丝直径的减小。反之，当电压较小时，静电斥力较弱，喷丝速度慢，得到的纺丝直径比电压高时大。当使用电压调制技术得到周期性变化的高压信号后，就可以得到可调制周期的聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅8。
【主权项】
1.一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法，包括信号发生器1、高压直流稳压电源2、液体容器3、聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶液4、不锈钢喷丝头5、接收电极板6、周期脉冲高压信号7、聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅8、高压信号9、低压信号10，其特征在于:信号发生器I的调制频率范围为25MHz，可产生矩形波周期脉冲信号，该周期脉冲信号作为低压控制信号加载到高压直流稳压电源2上产生周期脉冲高压信号7，高压直流稳压电源2的电压调节范围为0V-30KV，当周期脉冲高压信号7加载到不锈钢喷丝头5和接收电极板6上后，装载在液体容器3中的聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶液4会从不锈钢喷丝头5喷出，暴露于空气后，聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶液4中的氯仿会迅速挥发，形成聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶胶，并随着高压信号9和低压信号10的调制，产生直径周期性改变的聚甲基丙烯酸甲酯溶胶光纤光栅，当氯仿完全挥发后，可在接收电极板6上收集得到固化的聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅8。
【专利摘要】本发明公开了一种可调制周期聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅的制备方法，包括信号发生器1、高压直流稳压电源2、液体容器3、聚甲基丙烯酸甲酯氯仿溶液4、不锈钢喷丝头5、接收电极板6、周期脉冲高压信号7、聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅8、高压信号9、低压信号10。本发明利用信号发生器和高压直流稳压电源产生周期脉冲高压信号，加载到不锈钢喷丝头和接收电极板，随着高压信号、低压信号的周期调制，通过静电纺丝技术，在接收电极板上收集得到直径周期性改变的聚甲基丙烯酸甲酯光纤光栅。采用该方法制备光纤光栅速度快、设备简单，并可以减低制备成本。
【IPC分类】G02B6-02
【公开号】CN104808286
【申请号】CN201510194129
【发明人】李晋, 胡海峰, 张亚男
【申请人】东北大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月23日