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關(guān)于羥乙基纖維素膜的研究

導(dǎo)讀:天津津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司為了驗(yàn)證羥乙基纖維素水凝膠用作光纖傳感器濕敏材料的可行性，有人設(shè)計(jì)了一種新的基于羥乙基纖維素的光纖濕度傳感器。


返回列表 來源：未知 發(fā)布日期：2019-11-25 10:22【大 中 小】
天津津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司為了驗(yàn)證羥乙基纖維素水凝膠用作光纖傳感器濕敏材料的可行性，有人設(shè)計(jì)了一種新的基于羥乙基纖維素的光纖濕度傳感器。

在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)種植、生物醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域中，環(huán)境相對(duì)濕度是一個(gè)非常重要的參數(shù)，因此需要濕度傳感器能夠快速準(zhǔn)確的檢測(cè)出環(huán)境濕度的變化。傳統(tǒng)的濕度傳感器主要是基于金屬氧化物、半導(dǎo)體材料等制作的，其耐腐蝕性差、體積較大、不能抗電磁干擾、響應(yīng)不夠靈敏。水凝膠是一些高分子聚合物以水為分散介質(zhì)而形成的凝膠，其在水中會(huì)形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠迅速吸收和保持大量的水分。常見的水凝膠有甲基丙烯酸羥乙酯、聚乙烯醇、瓊脂糖、殼聚糖、海藻酸鹽、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺等。這些三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水凝膠往往含有大量親水基和疏水基，親水基包含有羧基，酰胺基，羥基，磺基等，疏水基包含烷基等。

親水基能迅速吸收大量水分，而疏水基則可以快速放出水分，對(duì)水分變化非常敏感，因此，水凝膠是一種優(yōu)秀的濕敏材料。羥乙基纖維素是一種典型的高分聚合物材料，其被廣泛的應(yīng)用在醫(yī)療保健、食品加工、布料紡織、化工農(nóng)藥、建筑涂料等領(lǐng)域。由于羥乙基纖維素水凝膠具有良好的吸水性，而且易粘結(jié)易成膜，因此可以將羥乙基纖維素水凝膠作為一種良好的濕敏材料。但是目前使用羥乙基纖維素作為光纖濕度傳感器濕敏材料的研究尚未見報(bào)道。天津津騰了解到有人設(shè)計(jì)了一種基于空芯光纖和羥乙基纖維素水凝膠膜的相對(duì)濕度傳感器，并且通過實(shí)驗(yàn)證明該傳感器具有良好的濕度響應(yīng)特性，在濕度從35%~85%的響應(yīng)時(shí)間為2.75s，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明羥乙基纖維素是一種性能良好的光纖傳感器用濕敏材料。

實(shí)驗(yàn)和討論
實(shí)驗(yàn)裝置由恒溫恒濕箱、光纖解調(diào)儀和計(jì)算機(jī)組成。將所制作的濕度傳感器放置在恒溫恒濕箱中，該恒溫恒濕箱的濕度測(cè)量范圍是30%-90%環(huán)境相對(duì)濕度，相對(duì)誤差是±2%環(huán)境相對(duì)濕度。從光纖解調(diào)儀發(fā)射的中心波長(zhǎng)為1550nm的入射光經(jīng)過傳輸單模光纖到達(dá)空芯光纖濕度傳感區(qū)域，在濕度傳感區(qū)發(fā)生反射，反射光再次進(jìn)入光纖解調(diào)儀，然后經(jīng)過計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和處理。根據(jù)前期的研究結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)資料，這種基于濕敏薄膜的法布里-珀羅干涉儀型光纖傳感器的濕度響應(yīng)原理如下：當(dāng)環(huán)境濕度增加時(shí)，羥乙基纖維素水凝膠薄膜吸水膨脹，厚度增加，導(dǎo)致反射光光程差發(fā)生改變，從而導(dǎo)致傳感器的反射光譜向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。相反的，當(dāng)濕度降低時(shí)，羥乙基纖維素水凝膠含水量下降而導(dǎo)致厚度減小，使得反射光譜向短波方向移動(dòng)。

結(jié)論
設(shè)計(jì)并且制作了一種新的基于空芯光纖和羥乙基纖維素水凝膠膜的光纖相對(duì)濕度傳感器。通過實(shí)驗(yàn)證明了羥乙基纖維素作為濕度傳感器濕敏材料的可行性和應(yīng)用潛力。該傳感器由一段150μm的空芯光纖覆蓋有一層10μm厚的羥乙基纖維素水凝膠膜構(gòu)成。天津津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司通過實(shí)驗(yàn)研究了所設(shè)計(jì)的傳感器的濕度響應(yīng)特性，結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的濕度傳感器對(duì)濕度的變化非常敏感，靈敏度達(dá)224.5pm/%環(huán)境相對(duì)濕度；響應(yīng)時(shí)間快，這種傳感器的響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為約2.75s（從35％環(huán)境相對(duì)濕度到85％環(huán)境相對(duì)濕度）和3.35s（從85％環(huán)境相對(duì)濕度到35％）。因此，羥乙基纖維素是一種良好的濕敏材料，未來在各類濕度傳感器中都具有廣泛的應(yīng)用前景。


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