一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器及其制备方法，包括：光纤和镍镀层；在所述光纤经熔融拉锥后的抛磨区域处生长石墨烯层，在石墨烯层处涂覆所述镍镀层。对单模光纤进行拉锥，采用化学沉积方法在光纤抛磨区域直接生长石墨烯，形成完整均匀的石墨烯层，使得镍敏感材料与光纤稳定结合，从而制作新型的基于石墨烯的光纤乳酸传感器，对低浓度的乳酸测量具有良好的线性拟合度及可重复性。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器及其制备方法
本专利技术涉及传感器
，特别是涉及一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器及其制备方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。乳酸是每个人体内自然产生的一种机体化合物，它既是运动给人体产生的一种副产品，也是人体进行运动的一种燃料，在许多运动实验室里，血乳酸反应和心率一样已成为一项常规变量，血乳酸水平和乳酸清除率可用于判断恶性肿瘤术后出现感染及感染性休克患者的病情及新生儿败血症预后的生化指标，评估脓毒血症患者预后的临床意义与价值。NiO是一种具有立方方结构的无机材料，溶于酸和氢氧化铵，不溶于碱，因具有热敏系数高、制备成本低、光学性稳定、电化学性能好、环境相容性好、催化活性高等优点，在电化学、光催化和磁性材料等领域普遍的应用；乳酸与镍具有独一无二的洛合系数，可与氧化镍络合行成稳定络合物。石墨烯是碳原子以SP^2杂化轨道组成六角形，呈蜂巢结构排列的单层二维晶体，广义的石墨烯也包括数层原子厚度的碳膜。石墨烯具有超高的电荷迁移率[约10000cm^2/(V·s)]、巨大的比表面积(理论值约为2630m2/g)、极高的热导率[约为5000W/(m·K)]、低的约翰孙噪声及1/f噪声等许多独特的性质；从2007年开始，科学家们已经发现本征态石墨烯非常容易吸附极性分子，曼彻斯特大学的F.Schedin发现由石墨烯制成的微米量级的传感器能够检测到吸附在其表面或从表面脱附的液体分子，这些分子作为供体或受体会改变石墨烯的本地载流子浓度，并相应的改变电导率等物理参数，通过外加电压检测受外界分子影响后输出电流的变化，可实现超敏的液体传感。专利技术人发现，目前在对乳酸浓度进行检测的传感器中，仅化学镀氧化镍的光纤传感器对不同区间的乳酸浓度的区分度变化不明显，对低浓度的乳酸检测不灵敏，稳定性低，无法完成高精度的乳酸浓度测量。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器及其制备方法，对单模光纤进行拉锥，采用化学沉积方法在光纤抛磨区域直接生长石墨烯，形成完整均匀的石墨烯层，使得镍敏感材料与光纤稳定结合，从而制作新型的基于石墨烯的光纤乳酸传感器，对低浓度的乳酸测量具有良好的线性拟合度及可重复性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器，包括：光纤和镍镀层；在所述光纤经熔融拉锥后的抛磨区域处生长石墨烯层，在石墨烯层处涂覆所述镍镀层。第二方面，本专利技术提供一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器的制备方法，包括：将光纤进行熔融拉锥后，在抛磨区域处生长石墨烯，并经氧化处理得到氧化石墨烯层；由硫酸镍溶液与还原剂溶液制备镍镀溶液，将光纤的氧化石墨烯层浸泡在镍镀溶液中。第三方面，一种第一方面所述的石墨烯增敏的光纤乳酸传感器在乳酸浓度检测中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术基于乳酸与镍的络合反应原理，基于熔融拉锥增强光纤传感器件的倏逝场强度以提高传感特性的原理，对单模光纤进行拉锥，采用化学沉积方法在光纤抛磨区域直接生长石墨烯，形成完整均匀的石墨烯层，使得镍敏感材料与光纤稳定结合，从而制作一种新型的基于石墨烯的光纤乳酸传感器，该传感器对低浓度的乳酸溶液具有良好的线性拟合度及可重复性。本专利技术的传感器基于石墨烯良好的吸附特性和原子厚度使得乳酸分子均匀并紧密的吸附在敏感镀层内，能够明显区分不同区间的乳酸浓度，对低浓度的乳酸检测灵敏性高，稳定性高，实现高精度的乳酸浓度测量。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例1提供的锥形光纤示意图；图2(a)为本专利技术实施例1提供的化学镀氧化镍后不同乳酸浓度下光谱仪输出光强变化；图2(b)为本专利技术实施例1提供的化学镀氧化镍掺杂石墨烯涂覆后不同乳酸浓度下光谱仪的输出光强的变化；图3为本专利技术实施例1提供的空气中折射率传感器的稳定性示意图；图4为本专利技术实施例1提供的折射率溶液中传感器的稳定性示意图；图5为本专利技术实施例1提供的折射率传感器的测量重复性示意图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1本实施例提供一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器，包括：光纤和镍镀层；在所述光纤经熔融拉锥后的抛磨区域处生长石墨烯层，在石墨烯层处处涂覆所述镍镀层。在本实施例中，光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具，一般由一层折射率比纤芯低的玻璃封套包围着纤芯。在本实施例中，光纤的抛磨包括断面抛磨和侧面抛磨，断面抛磨光纤通过研磨裸光纤制作的各种光纤斜面、锥面等；侧边抛磨光纤是在普通通信光纤上，利用光学微加工技术，在一段长度上将圆柱形的光纤包层抛磨掉一部分露出纤芯所制成的光纤；光纤熔融拉锥是将单根或多根去除外层包层的光纤，按照一定方法排布在火焰二氧化碳激光器或加热电弧等高温作用下拉伸光纤，在加热光纤的部分拉制出双锥体结构。在本实施例中，对光纤首先进行熔融拉锥，包括：选取一段光纤，将需要熔拉的区域去掉涂覆层，使用酒精擦拭干净；将光纤通过夹具固定在位移平台上，需要熔拉的部位放置在石墨加热子中心附近；其次调节加热子及位移平台的位置，使得光纤熔拉部分与加热子中心等高并同轴；最后，根据实验需要，编写程序调控拉锥参数，如时间、速度、功率等，获得所需求的光纤传感器件；拉锥完成后，通过CCD相机可采集光纤器件的具体形貌尺寸，如图1所示。在本实施例中，光纤选取单模光纤；在本实施例中，将单模光纤完成熔融拉锥后，采用化学沉积(CVD)方法在光纤抛磨区域直接生长石墨烯，形成完整均匀的石墨烯层，使得敏感材料与光纤稳定结合；对石墨烯的制备方法中，主要有微机械剥离法、化学剥离法、还原氧化石墨烯法、外延生长法、电化学剥离法、解压缩碳纳米管法、有机合成法以及化学气相沉积(CVD)法等；其中CVD法是利用过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器，其特征在于，包括：光纤和镍镀层；在所述光纤经熔融拉锥后的抛磨区域处生长石墨烯层，在石墨烯层处涂覆所述镍镀层。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器，其特征在于，包括：光纤和镍镀层；在所述光纤经熔融拉锥后的抛磨区域处生长石墨烯层，在石墨烯层处涂覆所述镍镀层。


2.如权利要求1所述的一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器，其特征在于，所述光纤为单模光纤。


3.如权利要求1所述的一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器，其特征在于，采用化学沉积CVD方法在抛磨区域生长石墨烯层。


4.如权利要求3所述的一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器，其特征在于，对生长的石墨烯层通过Hummers氧化法制成氧化石墨烯层。


5.一种石墨烯增敏的光纤乳酸传感器的制备方法，其特征在于，包括：
将光纤进行熔融拉锥后，在抛磨区域处生长石墨烯，并经氧化处理得到氧化石墨烯层；
由硫酸镍溶液与还原剂溶液制备镍镀溶液，将光纤的氧化石墨烯层浸泡在镍镀溶液中。


6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊叶，袁光良，李振华，王吉华，周耀旗，王静，
申请(专利权)人：德州学院，
类型：发明
国别省市：山东;37