利用噴墨打印制備新型量子點(diǎn)光纖微探針溫度傳感器

介紹

溫度作為一個(gè)最重要的物理參數(shù)，在物理、化學(xué)和生物領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用?；诠饫w的溫度傳感器與傳統(tǒng)的電傳感器相比，具有重量輕、體積小、抗電磁干擾、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，研究已報(bào)道了各種類型的光纖溫度傳感器，包括光纖布拉格光柵類型、長(zhǎng)周期光柵類型、馬赫-曾德爾傳感器、法布里-珀羅傳感器、光子晶體光纖（PCF）傳感器、發(fā)光探針等。量子點(diǎn)（QDs）具有優(yōu)異的發(fā)光特性，如寬吸收光譜、窄發(fā)射光譜、高光穩(wěn)定性和更高的量子產(chǎn)率，是最受關(guān)注的溫度傳感熒光材料之一，但其實(shí)際應(yīng)用受到了制造工藝復(fù)雜、一致性差、結(jié)構(gòu)脆弱、靈敏度低和材料昂貴的限制。

俞本立教授結(jié)合了選擇性刻蝕和噴墨打印技術(shù)，研究了一種低成本、高空間分辨率的量子點(diǎn)微探針（QMP）溫度傳感器，采用高精度噴墨打印技術(shù)將量子點(diǎn)墨水打印到氫氟酸（HF）蝕刻的光纖微腔中，制備的QMP傳感器具有更有效的熒光激發(fā)和收集、更高的空間分辨率和低成本的優(yōu)點(diǎn)。面對(duì)不斷縮小的溫度測(cè)量對(duì)象（光電器件的小型化和高度集成）和新應(yīng)用領(lǐng)域（納米醫(yī)學(xué)、精細(xì)化學(xué)品等）的要求，該傳感器具有**廣闊的應(yīng)用前景。選擇性蝕刻和噴墨打印的結(jié)合為傳感器的生產(chǎn)提供了一種*有前途的策略。

采用化學(xué)蝕刻法制備光纖端面內(nèi)錐形微腔，在不同蝕刻時(shí)間下制備不同尺寸的微腔（如圖2）。MM光纖的芯徑和包層直徑分別為62.5μm和125μm（圖2a）。蝕刻2分鐘后，微腔的深度和光纖的直徑分別為27.87和119.71μm。當(dāng)蝕刻時(shí)間為14分鐘時(shí)，微腔深度和光纖直徑分別為169.70和89.65μm。錐形微腔的尺寸隨著蝕刻時(shí)間的增加而增加。同時(shí)，光纖包層以較低的速率被蝕刻。微腔的大小與蝕刻時(shí)間的關(guān)系如圖3所示。微腔的深度和光纖的直徑對(duì)蝕刻時(shí)間有良好的線性響應(yīng)，相關(guān)系數(shù)（R²）的平方值分別為0.984和0.988。因此，可以通過調(diào)整蝕刻時(shí)間來制備光纖端面上具有不同尺寸的微腔。

結(jié)論

研究提出了一種基于選擇性蝕刻和光纖端面噴墨打印的QMP傳感器，可以高效地激發(fā)和收集熒光。QMP傳感器的制備只需要400pL的量子點(diǎn)墨水，不僅節(jié)省了昂貴的量子點(diǎn)材料，而且大大提高了測(cè)量的空間分辨率。表征測(cè)試結(jié)果表明，QMP具有良好熒光收集效率、優(yōu)異的產(chǎn)品一致性、溫度響應(yīng)具有良好的可逆性以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。QMP傳感器為熒光傳感器的生產(chǎn)提供了一種新的思路，所開發(fā)的傳感器有可能應(yīng)用于生物學(xué)、環(huán)境和化學(xué)工程等各個(gè)領(lǐng)域。