氧化锌纳米线的水热生长及光纤传感研究

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1、分类号学校代码10590UDC密级公开深圳大学硕士学位论文氧化锌纳米线的水热生长及光纤传感研究学位申请人姓名徐锡镇专业名称光学工程学院（系、所）光电工程学院指导教师姓名连加荣副教授，王义平教授深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《氧化锌纳米线的水热生长及光纤传感研究》，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名

2、：日期：年月日摘要氧化锌纳米线具备众多优良性质，在电学、光学等领域里都有出色的性能，在广泛领域里都有应用，如生物、医学、化学、半导体工业、纳米发动机、传感领域等等。氧化锌纳米线整齐均匀的特性和光纤器件结合起来，将会大大扩展光纤传感的应用范围。氧化锌纳米线的制备方法有很多种，但是水热法相比于其他的制备方法有如下优点：需要的仪器成本低、可靠性高、更加绿色环保、灵活性强、可以在各种光纤器件上生长，生长的纳米线形态可控性强。在国内外学者的研究基础上，本文作者提出了一种在光纤器件上生长氧化锌纳米线的方法，并对使用该方法生长的氧化锌纳米线的光纤器件的光谱特性以及

3、传感特性做了比较系统和深入的研究，取得了一些创新成果，主要工作总结如下：1、基于水热法，完善地形成一整套在光纤器件上生长氧化锌纳米线的方法：1）使用聚四氟乙烯和聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成的模具在生长氧化锌纳米线的一系列操作中对光纤器件进行固定、防止其受到破坏；2）制备着种溶液和生长溶液的操作步骤；3）使用提拉法对光纤器件进行着种以及将着种的次数固定为五次；4）使用生长溶液在光纤器件上生长氧化锌纳米线的步骤；5）生长前后样品的清洗操作步骤。2、使用经过完善的一整套光纤器件生长氧化锌纳米线的操作方法，在光纤F-P干涉仪、LPFG（长周期光纤光栅）等光

4、纤器件生长氧化锌纳米线，较为系统地摸索出氧化锌纳米线的生长速度，约为2nm/min，以及光纤气泡F-P干涉仪在氧化锌纳米线生长到160.7nm的厚度时，光纤气泡就不能感应外界的变化了。并且制作了一个专门适用于光纤传感器的小型高精度湿度箱，相对湿度可以提供10%-95%的范围，精度可达0.1%。以及拉锥LPFG和氧化锌纳米线结合检测湿度，测量了10%-95%的相对湿度范围，1375nm附近的谐振峰波长处的振幅有将近20dB的变化，以及10nm的漂移，而且获得良好的恢复性能。3、拉锥LPFG（长周期光纤光栅）和氧化锌纳米线结合用于水体溶液的浓度传感，较为

5、系统地研究了拉锥LPFG生长氧化锌纳米线前后对几种水溶液浓度的测试情况。对浓度为0%-25%的氯化钠、氯化钙、葡萄糖水溶液的浓度测量时，1525nm附近的谐振波长都有16dB左右的变化，而没有生长氧化锌纳米线的拉锥LPFG只有2dB左右变化。I以及对折射率1.33-1.40的响应情况，生长前的拉锥LPFG主要对1.44附近的折射率敏感，而生长了氧化锌纳米线之后，使其对1.33-1.40范围内的折射率较为敏感。4、本文初步研究了单根大尺寸的氧化锌纳米线制作光纤光栅和光纤微纳M-Z干涉仪的可能性，以及氧化锌纳米线的亲水性质和疏水性质可通过紫外光以及加热或

6、者避光储藏来转换的性质，以及利用这个性质制作光控透镜的设想。关键词：氧化锌纳米线；光纤传感；F-P干涉仪；LPFG；湿度传感；溶液浓度传感IIAbstractZnOnanowireshavebeenrecognizedasakindofextremelyimportantmaterialsinabroadrangeofhigh-technologyapplications,suchasbiology,medicine,chemistry,semiconductorindustry,sensortechnology,nanoscienceandtech

7、nology.Specially,ZnOnanowiresinhighlyorientedandorderedarrayshavebeendemonstratedtobeimportantforopticalfibersensingapplications.VariousfabricationtechniqueshavebeenestablishedforgrowingZnOnanowires.Buthydrothermalgrowthmethodisenergy-efficientandinexpensivetoformmassivehigh-qu

8、alityZnOnanowires,sinceitavoidsusinghightemperatureand