[发明专利]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

说明书

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。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

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；

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。