【摘要】：光纖是基于全反射原理的光學波導,由于質(zhì)量輕、抗電磁干擾、抗腐蝕、尺寸小、能夠遠距離操作以及多線路并用的優(yōu)點,非常適合用于傳感的研究與應(yīng)用。其中的光纖法布里-珀羅腔傳感器則是通過外力作用于反射膜改變腔長來實現(xiàn)傳感,其靈敏度高、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好,在位移和壓力傳感等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的蜂窩狀二維材料,也由于其比表面積大、超薄、楊氏模量大、剛度大、密度低等特性,成為極佳的微納功能材料,已在生物醫(yī)藥、能源、化工、電子、傳感等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。本文主要將光纖法布里-珀羅腔結(jié)構(gòu)與石墨烯相結(jié)合,取各自優(yōu)勢,分別基于靜態(tài)干涉和動態(tài)石墨烯納機電系統(tǒng),實現(xiàn)了對磁場和電流的探測。1.實驗上通過切平光纖端面熔接一小段毛細玻璃管再轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜,制備出光纖法布里-珀羅腔結(jié)構(gòu)。利用鍍膜技術(shù)控制鍍在光纖端面和側(cè)面的金膜厚度和質(zhì)量。該金膜既可以用作導電材料,又可以增強石墨烯與襯底作用力,提高器件傳感回復性。在高精度三維調(diào)節(jié)臺和鎢探針的幫助下,實現(xiàn)了金膜的微加工修飾。2.實驗上基于靜態(tài)干涉的原理實現(xiàn)了對磁場強度的探測。在已制備好的光纖法布里-珀羅腔結(jié)構(gòu)再鍍上金膜,該金膜與石墨烯薄膜形成的復合膜組成腔的第二個反射面,再修飾金膜制備出電極。當電流流過的石墨烯-金復合膜時,在磁場作用下產(chǎn)生的安培力使其發(fā)生形變,法布里-珀羅腔腔長改變,進而改變干涉光強,可對磁場強度進行傳感。該器件的響應(yīng)線性優(yōu)良,回復性好,穩(wěn)定性強,但是檢測極限有待改善。3.石墨烯納機電系統(tǒng)是研究微納尺寸的石墨烯的機電性能,如其諧振頻率對力、電場和溫度等的響應(yīng),不同環(huán)境下的能量耗散行為。基于石墨烯諧振頻率對力的敏感特性,分別制備出了電流計和磁力計。利用開發(fā)出的紫外膠掩膜鍍膜技術(shù)對已制備好的光纖法布里-珀羅腔結(jié)構(gòu)進行鍍膜,光纖側(cè)面修飾出電極。當電流流過懸空石墨烯,產(chǎn)生的熱效應(yīng)改變了石墨烯的內(nèi)應(yīng)力,進而改變了其諧振頻率,實現(xiàn)了對電流的傳感。該器件靈敏度十分高,但是回復性有待改善。而如果不修飾電極,鍍金膜的作用只是為了增強石墨烯與襯底作用力,再轉(zhuǎn)移超順磁納米顆粒到懸空石墨烯表面,則制備出磁力計。當有梯度的磁場施加在磁性顆粒上時,產(chǎn)生的作用力改變了石墨烯的諧振頻率,實現(xiàn)了對磁場梯度與磁場強度乘積量的傳感。該器件響應(yīng)線性和回復性都非常好。與微型磁場強度傳感器配合使用的話,在磁場梯度傳感方面有著巨大的應(yīng)用潛力。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;TN253
【圖文】：

其中Ｚ■是光纖傳輸長度，Ａ）為入射光功率，ＰＬ為傳輸后的透射光功率。由于在逡逑長波長范圍，光纖內(nèi)原子有紅外吸收峰，因此會在１０００？２０００邋ｎｍ之間出現(xiàn)一個逡逑較低損耗的窗口。如圖１．２為為石英光纖在１５５０邋ｍｉｉ附近的損耗光譜［７］，可以看逡逑到存在１３９０邋ｎｍ附近的高吸收峰，這主要因為石英光纖中存在的氫氧根的吸收。逡逑如今的制備工藝已經(jīng)可以幾乎除盡氫氧根，該吸收峰也基本忽略不計。另外由于逡逑制備過程中結(jié)構(gòu)的不均一等因素造成的散射或者吸收，已經(jīng)隨著制備工藝的優(yōu)化逡逑也可以忽略不計了。逡逑２逡逑

有機物兩側(cè)涂後高反射膜丨４１丨；＜ｅ＞利用聚焦離子束刻蝕方法在光纖側(cè)面轟擊出凹槽丨４２丨；（ｆ）逡逑在熔接有一段毛細玻璃管的光纖端面轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜丨２８｜。逡逑光纖法布里－珀羅腔的結(jié)構(gòu)比較多。如圖１．３邋（ａ）所示，將光纖切割成三段，逡逑然后在光纖端面涂覆高反射膜，再分別將三根光纖依次熔接在一起，由于折射率逡逑的不同，在兩熔接界面之間就形成了干涉腔；圖１．３（ｂ）則將光滑光纖端面靠近一逡逑４逡逑

如果將層狀結(jié)構(gòu)的石墨反復剝離直至單層，就可以得到所謂的石墨烯。石墨逡逑烯的結(jié)構(gòu)跟上述單層石墨一樣。而如果將一小塊方正的石墨烯卷起來，使得一對逡逑邊的碳原子成搖，就形成了碳納米管（ＣＮＴ）［４３－４５］，如圖１．４（ｆ）所示；如果卷的逡逑更加緊密一點，變成了微球的形狀，就形成了富勒烯［４６－４８］，如圖１．４（ｇ）所示。逡逑１．３．１石墨烯的性質(zhì)逡逑石墨烯的機械性能非常優(yōu)異，主要有四個參數(shù)來衡量其性能：楊氏模量￡、逡逑泊松比Ｖ、斷裂應(yīng)力＾＾或斷裂應(yīng)變ｅｉｎｔ、彎曲剛度５。這些參數(shù)決定了石墨烯薄逡逑膜對應(yīng)變和受力如何響應(yīng)，同時也決定了石墨烯薄膜作為納機電系統(tǒng)其諧振頻率逡逑６逡逑

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;原位電熱法焊接石墨烯宏觀組裝材料[J];山東陶瓷;2019年02期

2 申婧文;王素敏;王奇觀;;高導電石墨烯的化學制備及其性能研究[J];精細化工中間體;2019年02期

3 方婧;高曉紅;吳海培;孫靜;;石墨烯與氧化石墨烯在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用[J];棉紡織技術(shù);2019年06期

4 馬睿;高汝林;鄭春華;;基于數(shù)學建模的石墨烯/環(huán)氧樹脂復合材料的熱膨脹特性研究[J];合成材料老化與應(yīng)用;2019年03期

5 謝昕辰;;石墨烯使用中存在的問題及其發(fā)展趨勢[J];河南建材;2019年03期

6 ;半導體所等在多層石墨烯物理性質(zhì)研究方面取得新進展[J];中國粉體工業(yè);2012年02期

7 錢伯章;;石墨烯材料制備技術(shù)及應(yīng)用研究進展[J];石油和化工節(jié)能;2016年01期

8 ;天奈科技開發(fā)出碳納米管與石墨烯復合鋰電池助導劑[J];中國粉體工業(yè);2016年03期

9 ;廣西大學破解石墨烯制備難題 可大批量生產(chǎn)粉體材料[J];中國粉體工業(yè);2016年03期

10 ;德陽將打造“中國西部石墨烯產(chǎn)業(yè)先導基地”[J];中國粉體工業(yè);2016年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王慶國;張煒;王凱;王莎莎;;石墨烯在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用展望[A];第十八屆中國科協(xié)年會——分2 中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇論文集[C];2016年

2 劉東;李麗波;由天艷;;電化學制備氮摻雜石墨烯及其在催化氧氣還原反應(yīng)中的應(yīng)用[A];第十三屆全國電分析化學學術(shù)會議會議論文摘要集[C];2017年

3 王瑩;劉子順;;通過缺陷設(shè)計實現(xiàn)石墨烯的自發(fā)卷起和組裝[A];2018年全國固體力學學術(shù)會議摘要集（上）[C];2018年

4 高超;方波;;石墨烯宏觀組裝及多功能復合材料[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題M：高分子共混與復合體系[C];2017年

5 李永軍;楊陽;戴靜;黃曉宇;;功能化石墨烯、氟化石墨烯及石墨烷的制備[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題O：共價骨架高分子與二維高分子[C];2017年

6 梁秀敏;江雷;程群峰;;仿生石墨烯纖維研究進展[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題M：高分子共混與復合體系[C];2017年

7 方浩明;白樹林;;三維石墨烯填充高導熱彈性體[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題M：高分子共混與復合體系[C];2017年

8 許亮;鄒聰;董鑒銳;張興權(quán);羅銘;左明明;曹振興;;氧化石墨烯涂層的制備及其性能表征[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題K：高性能高分子[C];2017年

9 張學薇;徐晨;汪洋;尹少騫;王韞璐;趙沛;王宏濤;;石墨烯轉(zhuǎn)移方法[A];中國力學大會-2017暨慶祝中國力學學會成立60周年大會論文集（A）[C];2017年

10 汪洋;程昱;王韞璐;張帥;徐晨;張學薇;尹少騫;應(yīng)林煒;宋也男;李群仰;趙沛;王宏濤;;石墨烯的制備及力學性質(zhì)研究[A];中國力學大會-2017暨慶祝中國力學學會成立60周年大會論文集（A）[C];2017年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者 王彥彬;石墨烯將怎樣改變通信？[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2016年

2 本報記者 鄭苗苗;未來能源館：石墨烯助力綠色取暖[N];大同日報;2019年

3 本報記者 胡海林;當?shù)責峁苡錾鲜N];遼寧日報;2019年

4 艾班;石墨烯生物材料制備成功[N];中國化工報;2014年

5 柯偉;石墨烯基礎(chǔ)應(yīng)用研究獲新進展[N];科學時報;2011年

6 記者 姜小毛;首個純石墨烯粉末產(chǎn)品誕生[N];中國化工報;2013年

7 劉平昌 唐娟;國內(nèi)首條石墨烯薄膜生產(chǎn)線投產(chǎn)[N];中國化工報;2013年

8 記者 李東周;石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟成立[N];中國化工報;2013年

9 特約記者 姚耀富;江蘇成立石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟[N];中國化工報;2013年

10 朱永康;全球石墨烯市場高速增長[N];中國化工報;2013年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 高照東方;納米材料類流體/石墨烯復合氣凝膠的制備、結(jié)構(gòu)與超級電容器性能研究[D];武漢理工大學;2018年

2 楊雁冰;碳基介孔功能復合材料的可控合成及性能研究[D];武漢大學;2017年

3 王超;石墨烯超導異質(zhì)結(jié)中的Andreev反射的研究[D];河北師范大學;2019年

4 張斌;石墨烯/電磁功能化有機微球輕質(zhì)吸波材料的制備與性能研究[D];武漢理工大學;2018年

5 寇宗魁;氯選擇性刻蝕碳化物構(gòu)筑多功能納米電極材料[D];武漢理工大學;2017年

6 田仁兵;石墨烯量子點的制備、表征和反應(yīng)機理研究[D];南京理工大學;2018年

7 陳生輝;復合材料內(nèi)石墨烯的分布及其對力學性能影響的分子模擬[D];中國石油大學(華東);2017年

8 王敏;TiO_2/石墨烯復合物界面調(diào)控與N/S摻雜改性研究[D];安徽大學;2019年

9 黃琨;硅基石墨烯的制備及其光電器件性能調(diào)控[D];浙江大學;2019年

10 朱永超;金屬石墨烯復合薄膜制備的分子動力學模擬研究[D];鄭州大學;2019年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 陳雅菲;超支化聚乙烯-g-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物的合成及其在石墨烯制備中的應(yīng)用[D];浙江工業(yè)大學;2019年

2 蔣勤勤;雙核酞菁及其與石墨烯復合物對鋰/亞硫酰氯電池催化性能的研究[D];西北大學;2015年

3 林雙;高密度石墨烯電化學儲能材料[D];武漢大學;2017年

4 侯培鑫;高品質(zhì)氧化石墨烯的制備及其磷、硅元素阻燃改性的研究[D];廈門大學;2017年

5 邵志恒;磷氮改性石墨烯及石墨基阻燃劑在環(huán)氧樹脂阻燃與防火材料中的應(yīng)用[D];廈門大學;2017年

6 李秀婷;六方氮化硼/石墨烯異質(zhì)薄膜的可控制備研究[D];廈門大學;2017年

7 王琳;石墨烯/納米金屬/環(huán)氧樹脂復合材料的制備[D];黑龍江大學;2016年

8 孫將;界面調(diào)制對ZnCoO/2D復合材料的性能影響[D];武漢大學;2017年

9 王歲艷;過渡金屬氧化物/石墨烯復合材料的制備及其儲鋰性能研究[D];蘭州大學;2015年

10 姚靜文;石墨烯鹵氧鉍基復合材料的制備及可見光催化性能[D];河北師范大學;2019年

本文編號：2806643