西安石油大学、陕西省油气井测控技术重点实验室–SnO2石墨烯集成光纤Mach-Zehnder干涉仪用于甲烷气体检测

快速准确地检测环境中的甲烷气体对于防止中毒和泄漏至关重要。本研究描述了一种涂覆SnO₂/石墨烯的甲烷(CH₄)气体光纤传感器。采用溶液法制备了SnO₂/石墨烯纳米复合材料。采用火焰熔融拉锥法制备了超细纤维双锥结构。然后将之前制备的SnO₂/石墨烯甲烷敏感材料采用滴涂法涂覆在超纤干涉仪(MFi)区域。甲烷分子可以被纤维表面的SnO₂/石墨烯材料吸收。它可以提供电荷转移的条件，从而导致透射谱强度的变化。研究了该传感器在体积分数为0-35%范围内对甲烷浓度的传感响应。SnO₂/石墨烯敏感材料涂层光纤传感成本低、制造工艺简单，具有广阔的应用前景。

图1. 锥形超细光纤的原理图。

图2. (a) SnO₂纳米球和(b) SnO₂/石墨烯纳米复合材料的SEM图像。

图3. SnO₂/石墨烯纳米复合材料的XRD分析。

图4. 从图2b所示区域获得的EDS元素映射。

图5. 实验配置示意图。

图6. MFI的透射光谱。

图7. 放大版的图8。

图8. 不同甲烷浓度的透射光谱。

图9. 强度与甲烷浓度拟合曲线。

图10. 涂覆SnO₂/石墨烯的MCF超光纤传感器对甲烷和其他分析物的选择性。

图11. 传感器的湿度测量。

图12. SnO₂/石墨烯涂层MCF微纤传感器对甲烷的响应恢复和稳态响应特性。

相关研究成果由西安石油大学、陕西省油气井测控技术重点实验室、陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心Haiwei Fu等人于2022年发表在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。