专利名称：单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及微光学元件、系统、光通讯、光学传感、光子集成电路，尤其涉及一种基于单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器及其制备方法。
背景技术：
基于单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器是一种新型光学传感器，在科研、工业、环境等方面有广泛的应用，具有广阔的应用潜力和发展前景。随着功能化光学纳米线合成和制备工艺的改进，基于各种功能介质材料的功能化光学纳米线已经应用于传感器件、光电器件(激光器、LED、太阳能)、光通信器件等，极大得拓宽了光学纳米线的使用范围和应用领域，对于微纳光子学器件也提供了更多的选择。目前国际上已经报道的纳米线湿度传感器包含电学和光学两大类，电学湿度传感器可靠稳定，但是响应速度慢，功耗大，容易受电磁干扰；光学湿度传感器具有响应速度快、 抗电磁干扰等诸多优势，但并没有很好得实现低功耗和可观的器件寿命。而响应速度、器件寿命、功耗等对于纳米线湿度传感器的实际应用又是至关重要的，无论在上述任何一个技术参数的提升都将极大得推动光学传感领域以及相关领域的发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器及其制备方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器，它包括两根单模光纤、两根微纳光纤和一根量子点掺杂聚合物纳米线；所述量子点掺杂聚合物纳米线的两边各接一根微纳光纤，两根微纳光纤的另一端分别接一根单模光纤。一种上述湿度传感器的制备方法，该方法包括以下步骤
(1)首先通过溶液拉伸法制备出直径50-800纳米，长度在100-5000微米左右的高光学品质的量子点掺杂聚合物纳米线。(2)在显微镜下利用两根钨丝探针对量子点掺杂聚合物纳米线进行截短和转移等微纳操作，将量子点掺杂聚合物纳米线截至300-500微米，然后架空在由两片氟化镁基片构成的微槽上。(3)使用火焰加热拉伸法分别从两根单模光纤的一端拉制微纳光纤，在显微镜下通过微纳操作将两根微纳光纤分别与量子点掺杂聚合物纳米线的两端相连，制备得到本发明单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器。本发明的有益效果是本发明的单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器具有小型化、结构简单、功耗低、响应速度快、器件寿命长、易于集成等特点。目前已获得90毫秒的响应时间和7%-81%的湿度测量范围。
图1是本发明的结构原理示意图2是直径480纳米的量子点掺杂聚合物纳米线输出荧光光强依赖环境湿度(7%-81%) 变化图3是直径480纳米的量子点掺杂聚合物纳米线输出荧光光强依赖19%和54%湿度水平重复变化响应曲线；
图4是直径480纳米的量子点掺杂聚合物纳米线在环境湿度从33%到54%变化时输出荧光光强的快速响应图。图中，单模光纤1、微纳光纤2、量子点掺杂聚合物纳米线3。
具体实施例方式下面根据附图和实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。本发明单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器，包括两根单模光纤1、两根微纳光纤2和一根量子点掺杂聚合物纳米线3，量子点掺杂聚合物纳米线3的两边各接一根微纳光纤2，两根微纳光纤2的另一端分别接一根单模光纤1。本发明制备过程如下
1、首先通过溶液拉伸法制备出直径50-800纳米，长度在100-5000微米的高光学品质的量子点掺杂聚合物纳米线3。2、在显微镜下利用两根钨丝探针对量子点掺杂聚合物纳米线3进行截短和转移等微纳操作，将量子点掺杂聚合物纳米线3截至300-500微米，然后架空在由两片氟化镁基片构成的微槽上。3、使用火焰加热拉伸法分别从两根单模光纤1的一端拉制微纳光纤2，在显微镜下通过微纳操作将两根微纳光纤2分别与量子点掺杂聚合物纳米线3的两端相连，制备得到本发明单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器。本发明的工作过程如下本发明单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器使用于监控环境湿度。将单模光纤1两端分别与激发光源(波长532纳米，光功率100皮瓦)和光探测器相连，监控光探测器得到输出信号光的强度变化得到该环境下的湿度水平。本发明具有小型化、结构简单、功耗低、响应速度快、器件寿命长、易于集成等特点。目前已获得90毫秒的响应时间和7%-81%的环境相对湿度测量范围。实施例1
使用溶液拉伸法制备出直径480纳米，长度500微米，掺杂质量浓度为0. 3%的量子点掺杂聚合物纳米线，在光学显微镜下用钨丝探针将其截短为300微米长度，并转移架空到由两片氟化镁基片构成的250微米宽度微槽上。再利用两根微纳光纤通过倏逝波耦合的方式实现激发光的输入和信号荧光的输出。激发光为532纳米连续光，光功率为100皮瓦量级。附图1是本发明的结构原理示意图。由于量子点的比表面积较大，并且对环境变化(例如湿度、pH、温度等)敏感，通过连续变化环境湿度，该传感器的输出信号光强会随之改变。 附图2为单根量子点掺杂聚合物纳米线湿度传感器输出荧光光强依赖环境湿度变化图。实施例2
改变湿度水平(载气为氮气，混合水蒸气)，该单根量子点掺杂聚合物纳米线湿度传感器对环境湿度变化表现出优异的重复性。附图3是单根量子点掺杂聚合物纳米线湿度传感器输出荧光光强依赖19%和54%湿度水平重复变化响应曲线。迅速改变环境湿度水平，该湿度传感器表现出快速的输出光强变化，即为该湿度传感器的光学响应时间。附图4是单根量子点掺杂聚合物纳米线湿度传感器在环境湿度从33%到54%快速变化时输出荧光光强的响应图。实施例3
使用溶液拉伸法制备出直径800纳米，长度1000微米，掺杂质量浓度为0. 3%的量子点掺杂聚合物纳米线，在光学显微镜下用钨丝探针将其截短为500微米长度，并转移架空到由两片氟化镁基片构成的450微米宽度微槽上。再利用两根微纳光纤通过倏逝波耦合的方式实现激发光的输入和信号荧光的输出。实验证明，该量子点掺杂聚合物纳米线也能对环境湿度表现出优异的传感性能。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器，其特征在于，它包括两根单模光纤(1)、两根微纳光纤(2)和一根量子点掺杂聚合物纳米线(3)等；所述量子点掺杂聚合物纳米线(3)的两边各接一根微纳光纤(2)，两根微纳光纤(2)的另一端分别接一根单模光纤 (1)。
2.—种权利要求1所述湿度传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)首先通过溶液拉伸法制备出直径50-800纳米，长度在100-5000微米左右的高光学品质的量子点掺杂聚合物纳米线；(2)在显微镜下利用两根钨丝探针对量子点掺杂聚合物纳米线进行截短和转移等微纳操作，将量子点掺杂聚合物纳米线截至300-500微米，然后架空在由两片氟化镁基片构成的微槽上；(3)使用火焰加热拉伸法分别从两根单模光纤的一端拉制微纳光纤，在显微镜下通过微纳操作将两根微纳光纤分别与量子点掺杂聚合物纳米线的两端相连，制备得到本发明单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器。
全文摘要
本发明公开了一种基于单根量子点掺杂聚合物纳米线的湿度传感器及其制备方法，通过微纳光纤倏逝波耦合的方式实现对单根量子点掺杂聚合物纳米线的光学激发和荧光收集，形成超低功耗、超长寿命、快速响应的单根量子点掺杂聚合物纳米线光学湿度传感器。本发明具有小型化、结构简单、功耗低、响应速度快、器件寿命长、易于集成等特点。目前已获得90毫秒的响应时间和7%-81%的环境相对湿度测量范围。
文档编号B81C3/00GK102374972SQ20111030989
公开日2012年3月14日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者孟超, 王攀, 童利民, 肖尧 申请人:浙江大学