[发明专利]一种用于气体浓度检测的中空多层膜及其制备方法

说明书

本发明属于气体浓度检测技术领域，具体涉及一种用于气体浓度检测的中空多层膜及其制备方法,所述中空多层膜包括多个单层增益膜层和多个支撑体膜层，所述单层增益膜层和多个支撑体膜层交替设置在镀膜基片上，所述支撑体膜层上设置有深度穿透支撑体膜层的条形通道。由于采用了中空多层薄膜，分析物分子通过通道扩散进入薄膜的可能性大大提高。同时进行多次双向渗透，优于从单层膜表面单向渗透。因此，本发明显著提高了淬灭效率，并获得了极高的灵敏度，还可以大大提高气体浓度检测速度。

技术领域

本发明属于气体浓度检测技术领域，具体涉及一种用于气体浓度检测的中空多层膜及其制备方法。

背景技术

基于薄膜的有机固体激光器在光子器件和灵敏检测平台方面，都具有巨大的潜力。小分子和半导体有机聚合物的激光作用，正在打开一种新的气体检测方法的大门。这是因为利用激光作用的放大特性，可以产生高灵敏度。是一种有效的增强机制，可以放大非辐射失活引起的辐射差异，当分析物结合到薄膜表面时，这种差异会因电子转移机制或其他相互作用所熄灭。因此，随着失活在整个薄膜中所占比例的增加，灵敏度也在增加。到目前为止，所有用于灵敏气体检测的传感装置都是基于单层膜的，并且一直在减小膜的厚度以获得高的灵敏度和传感效率。

为了获得高灵敏度而减小单层膜厚度的方法是具有局限性的，这主要是因为膜的厚度决定了光反馈结构的光存储容量。因此，传感检测的灵敏度是有限的，最致命的弱点是如果薄膜厚度低于激光产生的正常水平，很容易不产生激光作用，导致传感检测失败。此外，随着单层膜厚度的减小，对激光泵浦能量的要求越来越高，而这些有机材料的一个限制是在高泵浦功率的恶劣条件下缺乏耐久性，这是许多传感应用所必需的。值得一提的是，如果有机物不耐高温，在高泵浦能量下会受到破坏，也会导致检测失败。此外，为了降低泵浦功率，并在减小单层膜厚度的情况下提高灵敏度，目前需要高Q的光反馈结构，如DFB和微环。然而，这些光反馈结构仍然不能完全补偿单层膜的固有缺陷，同时与简单的制造和良好的光束质量不兼容。

法布里-珀罗(FP)腔结构在光电子学领域表现出许多优点，如易于实现、提供电磁场与增益介质之间的体互作用以及具有一定方向性的良好光束质量。它们还具有灵活性和与通常简单的加工技术的兼容性，然而，到目前为止，受Q因子限制的FP腔还没有被引入到薄膜激光器中实现气体的检测。

此外，对于基于固体激光器的气体浓度检测来说，检测的精度与增益介质的数量和其淬灭效率有关。单层膜作为增益介质，如果太薄，理论上淬灭效率会很高，但是其膜中的增益介质太少，很难达到检测的目的。如果做的太厚，虽然可以达到检测的目的，但是检测精度很低。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种用于气体浓度检测的中空多层膜及其制备方法，以提高气体浓度检测的精度和效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于气体浓度检测的中空多层膜，包括多个单层增益膜层和设置在各个单层增益膜层之间的支撑体膜层，所述支撑体膜层上设置有深度穿透支撑体膜层的条形通道。

所述单层增益膜层的材质为质量比为100：0.6~100：1.4的乙基纤维素与荧光素纳混合，所述支撑体膜层的材质为乙基纤维素。

所述条形通道的宽度200um±20um。

所述支撑体膜层的厚度为单层增益膜层的厚度的9~15倍。

所述单层增益膜层的数量为5~20。

此外，本发明还提供了一种用于气体浓度检测的中空多层膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、分别在两种玻璃基片上旋涂旋涂一层牺牲层，然后在牺牲层上分别制备单层增益膜层和支撑体膜层，并在支撑体膜层上划出条形通道；

S2、将单层增益膜层和支撑体膜层从玻璃基片上剥离；