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      快速準(zhǔn)確地檢測(cè)環(huán)境中的甲烷氣體對(duì)于防止中毒和泄漏至關(guān)重要。本研究描述了一種涂覆SnO₂/石墨烯的甲烷(CH₄)氣體光纖傳感器。采用溶液法制備了SnO₂/石墨烯納米復(fù)合材料。采用火焰熔融拉錐法制備了超細(xì)纖維雙錐結(jié)構(gòu)。然后將之前制備的SnO₂/石墨烯甲烷敏感材料采用滴涂法涂覆在超纖干涉儀(MFi)區(qū)域。甲烷分子可以被纖維表面的SnO₂/石墨烯材料吸收。它可以提供電荷轉(zhuǎn)移的條件，從而導(dǎo)致透射譜強(qiáng)度的變化。研究了該傳感器在體積分?jǐn)?shù)為0-35%范圍內(nèi)對(duì)甲烷濃度的傳感響應(yīng)。SnO₂/石墨烯敏感材料涂層光纖傳感成本低、制造工藝簡(jiǎn)單，具有廣闊的應(yīng)用前景。

 圖1. 錐形超細(xì)光纖的原理圖。
 
圖2. (a) SnO₂納米球和(b) SnO₂/石墨烯納米復(fù)合材料的SEM圖像。

 
圖3. SnO₂/石墨烯納米復(fù)合材料的XRD分析。
 
圖4. 從圖2b所示區(qū)域獲得的EDS元素映射。
 
圖5. 實(shí)驗(yàn)配置示意圖。
 
圖6. MFI的透射光譜。
 
圖7. 放大版的圖8。
 
圖8. 不同甲烷濃度的透射光譜。
 
圖9. 強(qiáng)度與甲烷濃度擬合曲線。
 
圖10. 涂覆SnO₂/石墨烯的MCF超光纖傳感器對(duì)甲烷和其他分析物的選擇性。
 
圖11. 傳感器的濕度測(cè)量。
 
圖12. SnO₂/石墨烯涂層MCF微纖傳感器對(duì)甲烷的響應(yīng)恢復(fù)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。

      相關(guān)研究成果由西安石油大學(xué)、陜西省油氣井測(cè)控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、陜西省油氣資源光纖探測(cè)工程技術(shù)研究中心Haiwei Fu等人于2022年發(fā)表在Optical Fiber Technology (https://doi.org/10.1016/j.yofte.2022.103126)上。原文：SnO₂/Graphene incorporated optical fiber Mach-Zehnder interferometer for methane gas detection。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)