研究目的
开发一种超灵敏的Fe-C包覆长周期光纤光栅(LPFG)腐蚀传感器,采用石墨烯与银纳米线复合材料作为导电薄膜,以提高腐蚀监测中的灵敏度和服务寿命。
研究成果
基于Gr/AgNW的Fe-C涂层LPFG传感器相比银基传感器展现出显著更高的灵敏度(单位质量损失下的波长偏移量提升高达721%)和更长的使用寿命(增加210%)。采用Gr/AgNW薄膜时,倏逝场的有效影响深度超过30微米,从而实现更精确的腐蚀监测。未来工作应聚焦于表面裂纹表征并将测试扩展至实际工况环境。
研究不足
该研究仅限于特定NaCl浓度的实验室条件;实际应用可能涉及更复杂的环境。Fe-C涂层中的表面裂纹被估算但未完全表征,需通过SEM进一步验证。石墨烯层的电阻相对较高,可能影响电镀效率。传感器仅测试了72小时,长期耐久性未作评估。
1:实验设计与方法选择:
本研究制备并比较了两种Fe-C涂层长周期光纤光栅(LPFG)传感器——一种带有Gr/AgNW复合薄膜,另一种采用银纳米墨水。目的是通过提高光学透明度和导电性来增强灵敏度和服务寿命。方法包括使用CO?激光刻写LPFG、化学气相沉积法生长石墨烯、湿法转移技术、电镀Fe-C涂层,以及同步进行光学和电化学测量。
2:样品选择与数据来源:
LPFG传感器采用康宁SMF 28e+单模光纤制备。每种类型制备三个传感器以保证重复性。数据采集自3.5 wt.% NaCl溶液中的透射光谱和电化学阻抗谱(EIS)测试。
3:5 wt.% NaCl溶液中的透射光谱和电化学阻抗谱(EIS)测试。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括CO?激光器(SYNRAD公司Firestar V40)、直线平台(Newport ILS 100HA)、光学传感询问器(Micron Optics si255)、电化学工作站/EIS(Gamry仪器)、扫描电镜(Helios Nanolab)、拉曼光谱仪和色度计(WTM-1100)。材料包括铜箔、PMMA、AgNW溶液(ACS Material公司)、银纳米墨水(UT Dot.公司)、电镀溶液组分及海洋环氧树脂。
4:0)、直线平台(Newport ILS 100HA)、光学传感询问器(Micron Optics si255)、电化学工作站/EIS(Gamry仪器)、扫描电镜(Helios Nanolab)、拉曼光谱仪和色度计(WTM-1100)。材料包括铜箔、PMMA、AgNW溶液(ACS Material公司)、银纳米墨水(UT Dot.公司)、电镀溶液组分及海洋环氧树脂。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:步骤包括通过CO?激光制备LPFG、铜箔上生长石墨烯、PMMA旋涂、湿法转移至LPFG、施加AgNW、Fe-C电镀,以及在NaCl溶液中测试并每2小时同步记录光学和EIS数据,持续72小时。
5:数据分析方法:
数据分析包括监测光学光谱的波长和透射偏移、解读EIS的奈奎斯特图以推导电荷转移电阻和腐蚀电流密度,并利用法拉第定律计算质量损失。统计分析采用线性回归计算灵敏度。
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获取完整内容-
single mode fiber
SMF 28e+
Corning
Used as the base optical fiber for fabricating the LPFG sensor.
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CO2 laser
Firestar V40
SYNRAD Inc
Used for laser inscription to fabricate the LPFG sensor.
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linear stage
ILS 100HA
Newport
Used to fix and position the optical fiber during laser inscription.
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optical sensing interrogator
si255
Micron Optics
Used to monitor and verify the transmission spectrum of the LPFG sensor.
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potentiostat/EIS
EIS 300
Gamry
Used for electrochemical impedance spectroscopy measurements during corrosion tests.
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SEM
Helios Nanolab
Used for scanning electron microscopy to characterize microstructures of coatings.
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tint meter
WTM-1100
Used to measure optical transparency of coatings.
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AgNW solution
ACS Material Inc.
Used to form silver nanowire layer on the graphene-coated LPFG sensor.
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silver nano ink
UT Dot. Inc.
Used as an alternative conductive film for comparison in sensor fabrication.
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