光敏聚合物全息传感器响应特性的改善研究
发布时间：2020-08-09 21:17
【摘要】：全息传感器是一种新型光学传感装置。其采用记录于光敏聚合物材料内部的全息光栅作为传感单元,通过聚合物材料的吸附性膨胀实现光栅条纹间距的改变,从而导致光栅衍射光谱的峰值波长偏移。定量化环境因素与波长偏移间的关系,便能够实现全息传感器的研制。同时光谱的偏移伴随着衍射图像色彩变化,因此全息传感具有高度的可视化能力,这也使其成为了近年来备受青睐的一种新颖传感方式。然而目前聚合物基全息传感器的主要缺点是响应速度较慢。这是由于基底材料对气体分子的吸附与渗透过程需要较长的时间间隔,同时由于玻璃基底对材料的制约,气体吸附量十分有限,这显著限制了全息传感器的实际应用。本文提出了一种新颖的全息传感材料制备方式,研制了新器件,并实现了传感器对有机气体的高敏感传感响应。实验中去除玻璃基底影响的同时,降低了传感材料的厚度,成功地改善了传感器的响应速度,并降低了其对有机气体的最小探测浓度。同时为避免环境温度对传感性能的干扰,实验中详细测试了全息传感器的温敏性能,分析了温度引起的波长偏移主要因素,通过掺杂纳米粒子改善了温度的响应特征,并通过系统的理论与实验对比证实了全息传感性能的改善。研究结果表明,随着温度的增加,尽管有热膨胀的发生,然而峰值波长却发生了显著蓝移。为此我们详细测试了温敏波长蓝移的诱因,并从热光系数、平均折射率、线性热膨胀等方面进行了测试和理论表述,与实验结果保持了很好的一致性。在有机气体传感过程中,选用乙醇作为特征气体,实验分析了与传统单面传感相比,新型双面传感的响应性能改善程度。这些实验结果为提高全息传感器的响应,加快基于光敏聚合物的全息光学元件的发展提供了一种有效的方法。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;O438.1
【图文】：
图 2.1 传统材料的制备过程Fig. 2.1 Preparing process of traditional material2.2.2 新型双面传感材料的制备对于改进后的丙烯酰胺光敏聚合物材料的制备，过程如图 2.2 所示，具体如下。第一步：将所需称量瓶、烧杯、钥匙、磁粒子等进行清洗、干燥，以备后续使用。第二步：取一清洗好的称量瓶，称量 5g 的 PVA 粉末，另取一烧杯，量取 50ml 去离子水。并将称量好的 PVA 粉末倒入盛有去离子水和磁粒子的烧杯中，并在磁粒子搅拌器上进行加热搅拌，直至形成澄清透明的混合溶液，冷却至常温备用。第三步：另取一清洗好的称量瓶，将其他成分，即 AA、TEA、BMA、MB（如需加入纳米粒子，则在按有一定质量比例加入 SiO2纳米粒子）按之前的质量比进行称量，并将第二步准备好的 PVA 溶液和磁粒子加入瓶中放到磁粒子搅拌器上进行搅拌直至成分完全溶解，形成蓝色透明溶液。第四步：将配好的蓝色溶液分别用移液器和旋涂机均匀涂抹于具有较薄厚度的盖玻片上，在相对湿度为 30%的条件下干燥 36~48 h 后，翻转涂抹到盖玻片的另一面，继续干燥 36-48h，即可制备出不同厚度的双面传感材料。此时，聚合物膜的双表面可用于接
双面传感材料的制备进后的丙烯酰胺光敏聚合物材料的制备，过程如图 2.2 所示，具：将所需称量瓶、烧杯、钥匙、磁粒子等进行清洗、干燥，以：取一清洗好的称量瓶，称量 5g 的 PVA 粉末，另取一烧杯，将称量好的 PVA 粉末倒入盛有去离子水和磁粒子的烧杯中，并加热搅拌，直至形成澄清透明的混合溶液，冷却至常温备用。：另取一清洗好的称量瓶，将其他成分，即 AA、TEA、BMA子，则在按有一定质量比例加入 SiO2纳米粒子）按之前的质量准备好的 PVA 溶液和磁粒子加入瓶中放到磁粒子搅拌器上进行，形成蓝色透明溶液。：将配好的蓝色溶液分别用移液器和旋涂机均匀涂抹于具有较对湿度为 30%的条件下干燥 36~48 h 后，翻转涂抹到盖玻片的，即可制备出不同厚度的双面传感材料。此时，聚合物膜的双提高响应速率。
第二章 丙烯酰胺光敏聚合物材料的制备与实验装置2.3 实验装置设计2.3.1 温度传感实验装置实验中我们使用的是反射式倾斜光栅光路，实验装置采用的是不对称的双光束耦合的光路，如图 2.3 所示。实验中使用波长 633 nm 的氦氖激光器来作为记录光的光源。光束以 120°C 夹角入射到材料的同一个位置，在材料上记录上光栅。另外一个超连续的激光源从相对于记录红光的相反方向入射到敏感介质中。如图 2.3 所示。超连续激光源（SC-5）是从武汉安扬激光有限公司购买。
本文编号：2787571
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;O438.1
【图文】：
图 2.1 传统材料的制备过程Fig. 2.1 Preparing process of traditional material2.2.2 新型双面传感材料的制备对于改进后的丙烯酰胺光敏聚合物材料的制备，过程如图 2.2 所示，具体如下。第一步：将所需称量瓶、烧杯、钥匙、磁粒子等进行清洗、干燥，以备后续使用。第二步：取一清洗好的称量瓶，称量 5g 的 PVA 粉末，另取一烧杯，量取 50ml 去离子水。并将称量好的 PVA 粉末倒入盛有去离子水和磁粒子的烧杯中，并在磁粒子搅拌器上进行加热搅拌，直至形成澄清透明的混合溶液，冷却至常温备用。第三步：另取一清洗好的称量瓶，将其他成分，即 AA、TEA、BMA、MB（如需加入纳米粒子，则在按有一定质量比例加入 SiO2纳米粒子）按之前的质量比进行称量，并将第二步准备好的 PVA 溶液和磁粒子加入瓶中放到磁粒子搅拌器上进行搅拌直至成分完全溶解，形成蓝色透明溶液。第四步：将配好的蓝色溶液分别用移液器和旋涂机均匀涂抹于具有较薄厚度的盖玻片上，在相对湿度为 30%的条件下干燥 36~48 h 后，翻转涂抹到盖玻片的另一面，继续干燥 36-48h，即可制备出不同厚度的双面传感材料。此时，聚合物膜的双表面可用于接
双面传感材料的制备进后的丙烯酰胺光敏聚合物材料的制备，过程如图 2.2 所示，具：将所需称量瓶、烧杯、钥匙、磁粒子等进行清洗、干燥，以：取一清洗好的称量瓶，称量 5g 的 PVA 粉末，另取一烧杯，将称量好的 PVA 粉末倒入盛有去离子水和磁粒子的烧杯中，并加热搅拌，直至形成澄清透明的混合溶液，冷却至常温备用。：另取一清洗好的称量瓶，将其他成分，即 AA、TEA、BMA子，则在按有一定质量比例加入 SiO2纳米粒子）按之前的质量准备好的 PVA 溶液和磁粒子加入瓶中放到磁粒子搅拌器上进行，形成蓝色透明溶液。：将配好的蓝色溶液分别用移液器和旋涂机均匀涂抹于具有较对湿度为 30%的条件下干燥 36~48 h 后，翻转涂抹到盖玻片的，即可制备出不同厚度的双面传感材料。此时，聚合物膜的双提高响应速率。
第二章 丙烯酰胺光敏聚合物材料的制备与实验装置2.3 实验装置设计2.3.1 温度传感实验装置实验中我们使用的是反射式倾斜光栅光路，实验装置采用的是不对称的双光束耦合的光路，如图 2.3 所示。实验中使用波长 633 nm 的氦氖激光器来作为记录光的光源。光束以 120°C 夹角入射到材料的同一个位置，在材料上记录上光栅。另外一个超连续的激光源从相对于记录红光的相反方向入射到敏感介质中。如图 2.3 所示。超连续激光源（SC-5）是从武汉安扬激光有限公司购买。
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 弓巧侠,黄明举,顾冬红,干福熹;一种抗湿性丙烯酰胺基光致聚合物及全息特性[J];中国激光;2004年11期
2 黄明举,姚华文,陈仲裕,余达文,侯立松,干福熹;新型绿光敏感光致聚合物高密度全息存储特性[J];物理学报;2002年11期
本文编号：2787571
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