CN109238980A - 使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法 - Google Patents

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郭明
姜超
靳秀
靳秀一
马少敏
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Abstract

本发明公开了使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，包括如下步骤：一维光子晶体传感器的制备步骤：将硅片切分成均等大小的正方形小块，在硅片上首先滴加蚕丝蛋白溶液，利用匀胶旋涂机旋涂后放置于烘箱中干燥，再在蚕丝蛋白层上滴加壳聚糖溶液，重复上述步骤，蚕丝蛋白、壳聚糖交替旋涂数次后得到一维光子晶体传感器；不同湿度检测步骤：将一维光子晶体传感器分别暴露于0％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，100％湿度环境中，记录下各自反射波长改变，利用不同波长所产生的颜色从而达到检测的目的。利用一维光子晶体传感器膜在不同的湿度环境中所产生的响应差异，从而使得一维光子晶体传感器颜色发生不用的变化，以达到检测不同湿度的目的。

Description

使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法
技术领域
本发明涉及一种检测湿度的方法，具体说是使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法。
背景技术
在化学、医疗、养殖、储藏及日常生活等众多领域都对湿度有着较为严格的要求，过于潮湿或过于干燥都会对生产、养殖、储藏和治疗等造成影响，所以湿度检测便成为了必不可少的一项检测指标。目前湿度检测技术主要有：伸缩法、干湿球法、冷凝露点法、氯化钾露点法、电解法、动态发、电子式湿度传感器法等，这些方法成本较高，检测速度较慢，且不够直观。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，利用一维光子晶体传感器膜在不同的湿度环境中所产生的响应差异，从而使得一维光子晶体传感器颜色发生不用的变化，以达到检测不同湿度的目的。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，包括如下步骤：
(1)一维光子晶体传感器的制备步骤：将硅片切分成均等大小的正方形小块，硅片在使用前需要进行预处理；处理后的硅片上首先滴加1mL蚕丝蛋白溶液，利用匀胶旋涂机旋涂后放置于烘箱中干燥，再在蚕丝蛋白层上滴加1mL壳聚糖溶液，重复上述步骤，蚕丝蛋白、壳聚糖交替旋涂数次后得到一维光子晶体传感器；
(2)不同湿度检测步骤：将一维光子晶体传感器分别暴露于0％， 20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，100％湿度环境中，记录下各自反射波长改变，利用不同波长所产生的颜色从而达到检测的目的。
进一步的，所述均等大小为20*20cm。
进一步的，硅片在使用前需要进行预处理具体为：首先将硅片浸泡在纯乙醇中超声30min，再将其浸入丙酮中超声30min，最后将其浸泡于硫酸与双氧水混合液中超声2h。
进一步的，所述的硫酸与双氧水混合液为98％硫酸与36％双氧水按体积比3:1配置。
进一步的，所述匀胶旋涂机，速率为4000r/min，时间为1min，以避免所制备传感器颜色不均匀。
更进一步的，烘箱中烘干温度为80℃，温度不易过高，以防止破坏结构，烘干时间10min为宜。
更进一步的，蚕丝蛋白、壳聚糖交替旋涂次数3次，次数不宜过多，否则层与层之间会发生融合，失去光子晶体结构，次数也不宜过少，否则颜色不明显。
更进一步的，所述的湿度检测时间10min为佳，否则水蒸汽无法完全与传感作用，影响检测准确度。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：
1、本发明所采用制备一维光子晶体传感器的材料均为纯天然物质，不会对环境造成危害。
2、本发明所采用的检测方式为颜色鉴别的方式，通过一维光子晶体传感器对不同湿度响应后所发生的颜色改变来分辨不同湿度。
3、本发明所采用的传感器大小仅为20*20cm，体积小巧，便携性高。
4、本发明所采用的检测方法只需将一维光子晶体传感器置于待测环境中10min，通过观察颜色变化即可完成检测，避免了传统检测方法的繁琐步骤，大大降低了检测时间与成本。
附图说明
图1为一维光子晶体传感器制备示意图；
图2为一维光子晶体传感器实物与反射光谱图；
图3为经不同湿度响应后一维光子晶体传感器反射光谱图；
图4为湿度与波长变化线性关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。
本实施例提供一种使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，具体包括如下步骤：
1.一维光子晶体传感器的制备步骤：
(1)将硅片切割成大小均等的正方形小块，切割好的硅片首先浸泡在乙醇中进行超声清洗，后取出晾干，再浸泡在丙酮中进行超声清洗，然后用去离子水冲洗，再将冲洗好的硅片浸泡在硫酸与双氧水的混合溶液中进行超声清洗，最后取出硅片用去离子水冲洗，再将硅片放置于流动氮气的环境中烘干，备用。所述均等大小的硅片尺寸为 20*20cm。所述各个超生时间分别为30min、30min和2h。所述硫酸与双氧水的混合溶液为98％的浓硫酸与36％的双氧水按体积比3:1配置。
(2)使用匀胶机将处理好的硅片吸于置物台上，进行旋涂处制膜。具体是：第一层滴加蚕丝蛋白溶液，选择一定的转速进行旋涂，旋涂均匀后第二层滴加壳聚糖溶液，继续旋涂均匀。交替重复上述操作，共滴加六层，制得一维光子晶体传感器。所述的蚕丝蛋白溶液浓度为7％，且需在蚕丝蛋白溶液中滴加一定量的戊二醛配制浓度为 0.5％。所述壳聚糖溶液浓度为1％，且壳聚糖分子量为50万。匀胶过程，其转数为4000r/min，且匀胶时间1min。匀胶后需在80℃的环境下烘干10min。
2.检测步骤：将制备好的一维光子晶体传感器分别置于0％，20％， 30％，40％，50％，60％，70％，80％，100％湿度的环境中，10min后观察一维光子晶体传感器的颜色变化情况，并使用光谱仪检测反射波长的改变。检测每种气体后，需将一维光子晶体传感器置于80℃的氮气氛围中烘干5min，以确保一维光子晶体传感器回到最初状态，避免影响检测的准确性。
实施案例1
本实施例提供一维光子晶体传感器制备方法：
首先滴加1mL蚕丝蛋白溶液于处理好的硅片上，以800r/min 的转速下匀胶10s，再用4000r/min转速下甩胶1min，甩胶结束后，将其置于80℃氮气氛围下烘干10min，再滴加1mL壳聚糖溶液，重复上述操作，此循环重复三次，如图1所示，得到6层蚕丝蛋白/壳聚糖一维光子晶体传感器。
实施案例2
本实施例为不同湿度响应一维光子晶体传感器：
将一维光子晶体传感器分别置于0％，20％，30％，40％，50％，60％， 70％，80％，100％湿度环境中10min，后通过光谱仪检测，在不同湿度条件下传感器的反射波长变化，如图3所示。
实施案例3
本实施例为一维光子晶体湿度传感器应用考察：
将传感器置于不同湿度的环境中(0％，20，30％，40％，50％，60％， 70％，80％，100％)10min，记录下波长变化，得到反射波长与不同湿度的关系，不同湿度与该湿度下的波长做标准曲线，如图4所示。
得Y＝1.16X-537.24
接下来以自然条件下的环境湿度进行检测，以确定本发明的检测准确性，将传感器置于自然条件下10min，记录波长变化，通过标准曲线计算湿度，计算结果为71.8％，实际氧气空气中氧气含量为 72.6％，说明本发明检测氧气的方法误差小，结果准确。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)一维光子晶体传感器的制备步骤：将硅片切分成均等大小的正方形小块，硅片在使用前需要进行预处理；处理后的硅片上首先滴加1mL蚕丝蛋白溶液，利用匀胶旋涂机旋涂后放置于烘箱中干燥，再在蚕丝蛋白层上滴加1mL壳聚糖溶液，重复上述步骤，蚕丝蛋白、壳聚糖交替旋涂数次后得到一维光子晶体传感器；
(2)不同湿度检测步骤：将一维光子晶体传感器分别暴露于0％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，100％湿度环境中，记录下各自反射波长改变，利用不同波长所产生的颜色从而达到检测的目的。
2.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，其特征在于，所述均等大小为20*20cm。
3.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，其特征在于，硅片在使用前需要进行预处理具体为：首先将硅片浸泡在纯乙醇中超声30min，再将其浸入丙酮中超声30min，最后将其浸泡于硫酸与双氧水混合液中超声2h。
4.根据权利要求3所述的使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，其特征在于，所述的硫酸与双氧水混合液为98％硫酸与36％双氧水按体积比3:1配置。
5.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，其特征在于，所述匀胶旋涂机，速率为4000r/min，时间为1min。
6.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，其特征在于，烘箱中烘干温度为80℃，烘干时间10min为宜。
7.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，其特征在于，蚕丝蛋白、壳聚糖交替旋涂次数为3次。
8.根据权利要求1所述的使用一维光子晶体传感器快速检测湿度的方法，其特征在于，所述的湿度检测时间为10min。
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