一种光电复合电极光纤及其制备方法与应用与流程

本发明属于光纤材料制备技术领域，具体涉及一种光电复合电极光纤及其制备方法与应用。

背景技术：

光电复合光纤材料在智能传感、医学成像、纳米光学、光电传输、能量储存和生物探测等领域显示出十分诱人的应用前景。传统的光纤主要是刚性的石英光纤，其柔性较差，生物相容性差，在生物医药、化学传感等领域难以得到广泛应用；并且电极材料通常是半导体或导电有机物，其阻抗较大，导电性能较差。因此，开发性能良好的柔性光电复合光纤材料与器件是当前电极光纤材料的发展趋势，而柔性光电复合光纤材料的制备技术是限制其开发与应用的关键。基于此，不断开发新的技术制备性能优良的柔性光电复合光纤材料就具有十分重要的现实意义。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种光电复合电极光纤及其制备方法。本发明的制备工艺简单，所制备的光纤能够同时实现光信号和电信号的高效传输，比传统的光电光纤材料导电性能大大增强。

本发明的另一目的在于提供上述光电复合电极光纤的应用。本发明是将金属电极材料直接复合到光纤材料中，得到能够同时传递光信号和电信号的性能优良的复合电极光纤，这种光纤能广泛应用于光遗传学、生物传感、光电探测、电子电路等领域。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种光电复合电极光纤的制备方法，包括以下步骤：

(1)将光纤包层材料制备成预制棒；所述预制棒设置有大圆柱空腔和小圆柱空腔，大圆柱空腔与预制棒同轴，小圆柱空腔的轴线与预制棒的轴线平行且小圆柱空腔的轴线与预制棒的轴线间的距离大于小圆柱空腔圆形横截面的半径与大圆柱空腔圆形横截面的半径之和；所述小圆柱空腔的个数为大于等于1的整数；所述大圆柱空腔的深度小于或等于预制棒的长度，小圆柱空腔的深度小于或等于预制棒的长度；所述小圆柱空腔的半径小于大圆柱空腔的半径，小圆柱空腔与大圆柱空腔同一水平横截面圆形的直径之和小于预制棒的同一水平横截面图形相对位置的最短距离；

(2)将纤芯材料置入预制棒的大圆柱空腔中，加热处理，获得含有小圆柱空腔的初级预制棒；所述加热处理的温度为150～230℃，所述加热处理的时间为10～40min；

(3)将金属电极材料置于初级预制棒的小圆柱空腔中，随后拉制成光纤，获得光电复合电极光纤。

步骤(1)中所述光纤包层材料为pes(聚醚砜树脂)，psu(聚砜树脂)或pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)等有机物或玻璃材料。

步骤(2)中所述纤芯材料为ps、pc、coc(环烯烃共聚物)或cop(环烯烃聚合物)等有机物或玻璃材料。纤芯材料可以为棒状或粉末状或颗粒状或块状。

步骤(3)中所述金属电极材料为金、银、铜、钨或镍中的一种以上。金属电极材料可以为粉末状或丝状或块状或颗粒状，优选为金属丝。

步骤(3)中所述拉制成光纤的温度为220～500℃。所述光电复合电极光纤的直径为100μm～2mm。

步骤(1)所述预制棒的制备可以采用各种方法加工。

所述光电复合电极光纤通过上述制备方法得到。

所述光电复合电极光纤应用于光遗传学、生物传感、光电探测、电子电路等领域。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明的光电复合电极光纤，其中的电极材料是金属电极，而传统的电极材料都是有机电极或半导体导体材料，本发明将金属电极复合至光纤中方法简单，易于实现，所制备的光纤能够同时实现光信号和电信号的高效传输，比传统的半导体光纤导电性能大大增强。

(2)本发明的方法实现了将各类金属材料直接复合到光纤材料中。

(3)本发明提供的一种光电复合电极光纤，光纤的尺寸可控，且易于大批量制备。

(4)与目前导电光纤材料相比，本发明提供的复合光电光纤导电性能更优良。

(5)本发明提供的制备光电复合电极光纤可将不同的金属电极材料很好的复合到光纤材料中，得到性能优良的电极光纤。

附图说明

图1为实施例1制备的光电复合电极光纤端面的光学显微图；

图2为实施例1制备的光电复合电极光纤端面的sem图；

图3为实施例1制备的光电复合电极光纤的电性能表征曲线；

图4为实施例2制备的光电复合电极光纤端面的光学显微图；

图5为实施例2制备的光电复合电极光纤端面的sem图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)首先选取一根直径30mm,长度12cm的pmma预制棒坯料，然后将pmma棒进行加工，所述的预制棒中加工有与预制棒同轴的直径6mm，深度10cm的大圆柱空腔和2个直径2mm，深度10cm的小圆柱空腔，2个小圆柱空腔的轴线与预制棒的轴线平行，大圆柱空腔与小圆柱空腔的开口端位于预制棒的同一端；所述小圆柱空腔位于大圆柱空腔的两侧；

(2)将pc棒置入pmma棒的大圆柱空腔中，然后在真空干燥箱中200℃下处理30分钟，获得初级预制棒；

(3)将钨丝填充到小圆柱空腔中，并在拉丝塔上300℃下连续拉制光纤，得到大量的光电复合电极光纤。光电复合电极光纤端面结构如图1和图2所示，由图可知光纤结构完好，电极材料很好的复合到了光纤材料中。光纤的电性能表征如图3所示，可知光纤的导电性能良好。

图1为实施例1制备的光电复合电极光纤端面的光学显微图；图2为实施例1制备的光电复合电极光纤端面的sem图；图3为实施例1制备的光电复合电极光纤的电性能表征曲线。

实施例2

(1)首先选取一根直径30mm,长度10cm的pmma预制棒坯料，然后将pmma棒进行加工，所述的预制棒中加工有与预制棒同轴的直径6mm，深度8cm的大圆柱空腔和2个直径2mm，深度8cm的小圆柱空腔，2个小圆柱空腔的轴线与预制棒的轴线平行，大圆柱空腔与小圆柱空腔的开口端位于预制棒的同一端；所述小圆柱空腔位于大圆柱空腔的两侧；

(2)将coc棒置入pmma棒的大圆柱空腔中，然后在真空干燥箱中180℃下处理30分钟，获得初级预制棒；

(3)将铜丝填充到小圆柱空腔中，在拉丝塔上280℃下拉制光纤，获得大量光电复合电极光纤。光电复合电极光纤的端面结构如图4和图5所示。由图可知，光纤的结构完好，铜丝很好的复合到了光纤材料中。

图4为实施例2制备的光电复合电极光纤端面的光学显微图；图5为实施例2制备的光电复合电极光纤端面的sem图。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明属于光纤的技术领域，公开了一种光电复合电极光纤及其制备方法与应用。方法：1)将光纤包层材料制备成预制棒；所述预制棒设置有大圆柱空腔和小圆柱空腔，大圆柱空腔与预制棒同轴，小圆柱空腔的轴线与预制棒的轴线平行；2)将纤芯材料置入预制棒的大圆柱空腔中，加热处理，获得含有小圆柱空腔的初级预制棒；3)将金属电极材料置于初级预制棒的小圆柱空腔中，随后拉制成光纤，获得光电复合电极光纤。本发明的方法简单，易于实现，成功将各类金属材料直接复合到光纤材料中，提高了光纤的导电性和稳定性，同时实现了光信号和电信号的高效传输与记录，能广泛应用于光遗传学、生物传感、光电探测等领域。

技术研发人员：周时凤;杜明辉;张伟达;戴毅
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2019.02.27
技术公布日：2019.06.14