光纖表面鐵離子敏感膜的制備及其性能研究.pdf

1、光纖傳感器由于具有體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾、易于復(fù)用和遠(yuǎn)程傳感等優(yōu)點(diǎn)而受到越來(lái)越多的關(guān)注,光纖傳感器能夠在軍事、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等特殊環(huán)境下和各種大型機(jī)電、石油化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中工作。近年來(lái),光纖傳感器作為一種理想的化學(xué)傳感器成為研究的熱點(diǎn),這類傳感器的傳感部位用自制敏感膜(能與被測(cè)參數(shù)相互作用來(lái)調(diào)制光載波)來(lái)代替光纖包層,其中膜的制備方法包括溶膠凝膠法,包埋法,層層自組裝法。本文利用靜電層層自組裝技術(shù)在光纖表面成

2、膜,通過(guò)在該自組裝膜中加入鐵離子指示劑的方法,得到了對(duì)鐵離子具有光學(xué)敏感性的自組裝膜。
　　靜電自組裝技術(shù)由于操作簡(jiǎn)單、成本低、環(huán)境友好,并且可以用來(lái)進(jìn)行靜電自組裝的物質(zhì)種類很多,制備的薄膜厚度和結(jié)構(gòu)可調(diào),組裝得到的膜的結(jié)合強(qiáng)度高而且致密,在催化、藥物釋放和傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的用途。實(shí)驗(yàn)以聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDDA)和聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)為材料,在經(jīng)羥基化處理后帶負(fù)電的石英片上制備了多層薄膜,并對(duì)加入磺基水楊酸和1-亞

3、硝基-2-萘酚-3,6-二磺酸二鈉一水合物分子兩種鐵離子指示劑后的敏感膜性能進(jìn)行紫外可見(jiàn)吸光度測(cè)試和原子力顯微鏡形貌觀察,通過(guò)對(duì)比二者的各項(xiàng)性能指標(biāo)尋求對(duì)鐵離子響應(yīng)最敏感且規(guī)律性最好的敏感膜組裝方法。并將該制膜法用于光纖敏感膜的自組裝,用于光纖敏感膜對(duì)鐵離子的響應(yīng)測(cè)試。
　　本文首先用紫外風(fēng)光光度計(jì)、接觸角儀研究了 PDDA/PSS自組裝過(guò)程。紫外結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著組裝膜層數(shù)的增加,PDDA/PSS膜的吸光度增大,并且二者呈良好的線性關(guān)

4、系。用接觸角法研究了 PDDA/PSS膜的表面潤(rùn)濕性,多層膜表面接觸角隨著層數(shù)開(kāi)始呈不規(guī)則變化后呈現(xiàn)鋸齒狀變化規(guī)律,表明了 PDDA/PSS自組裝膜的結(jié)構(gòu)分為2個(gè)區(qū):I區(qū)有缺陷的“前驅(qū)層”和Ⅱ區(qū)規(guī)則的交替沉積的“本體層”。
　　其次,對(duì)分別在聚電解質(zhì) PDDA和 PSS中加入兩種指示劑制備的敏感膜進(jìn)行鐵離子響應(yīng)測(cè)試,對(duì)經(jīng)過(guò)不同添加方式得到的指示劑含量不同的敏感膜進(jìn)行紫外可見(jiàn)吸光度測(cè)試和原子力顯微鏡形貌觀察,結(jié)果得出,(1)加入鐵離

5、子指示劑制備的敏感膜可以增強(qiáng)膜對(duì)鐵離子的靈敏性;(2)加入兩種指示劑組裝的敏感膜對(duì)鐵離子均有響應(yīng)行為,但是加入指示劑1-亞硝基-2-萘酚-3,6-二磺酸二鈉一水合物分子組裝的敏感膜對(duì)鐵離子的響應(yīng)行為規(guī)律性更為明顯,所以選擇該敏感膜的制備方法用于后續(xù)的光纖敏感膜對(duì)鐵離子的響應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究。
　　最后,在光纖上成功組裝了含有指示劑1-亞硝基-2-萘酚-3,6-二磺酸二鈉一水合物分子的敏感膜,通過(guò)敏感膜與不同濃度梯度鐵離子作用的光功率輸出值