[发明专利]基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪及其制备方法

权利要求书

1.一种基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪，其特征在于，包括：滤光单元、连接光路、探测单元，所述连接光路为Y型光纤，Y型光纤的第一端为光路入口，第二端连接探测单元，第三端垂直置于滤光单元上；所述滤光单元包括水凝胶、上玻片和下玻片；所述水凝胶为非密堆积光子晶体水凝胶，并呈一定厚度的片状，所述水凝胶放置在由所述上玻片和所述下玻片形成的密封空间中；所述密封空间的截面呈锥形，所述上玻片对水凝胶施加阶梯压力场。

2.根据权利要求1所述的基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪，其特征在于，所述上玻片和下玻片的左端由固定装置直接接触固定，所述上玻片和下玻片形成的内部空间自左向右依次为所述水凝胶和垫片。

3.根据权利要求2所述的基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪，其特征在于，所述水凝胶和所述垫片的厚度相同。

4.一种制备如权利要求1至3之一所述的基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪的方法，其特征在于，所述制备步骤如下：

（1）水凝胶薄膜的制备

将单分散的光子晶体粒子加入水凝胶前聚体溶液中形成悬浊液，调节光子晶体粒子的质量百分数，加入引发剂，超声分散，直至悬浊液产生结构色；将上述产生结构色的溶液灌入模具中，静置，直至溶液分散均匀并保持鲜亮颜色；采用紫外光照射或者热固法聚合上述分散均匀的溶液，得到胶晶体水凝胶薄膜，将薄膜从模具上剥落，置于纯水中保存；

（2）滤光单元的制备

将制得的水凝胶薄膜置于两片玻片之间，并沿玻片横向放置，然后将两玻片的一端用夹具固定，另一端内部放置与薄膜厚度相同的垫片；调整水凝胶薄膜在两玻片之间的位置；对固定好水凝胶薄膜位置的两玻片实施封装，形成滤光单元；对制备完成的滤光单元进行特征反应峰的表征，记录薄膜上不同位置与其特征反应峰的关系；

（3）光谱仪的搭建

待测光经Y型光纤的第一端进入，从第三端垂直入射到滤光单元的水凝胶薄膜上表面，Y型光纤的第二端连接探测单元，沿水凝胶薄膜特征峰分布的方向移动Y型光纤的探头，记录反射光强度与其在水凝胶薄膜上位置的谱图，反射光强度的峰值即为对应于待测光光谱的峰值。

5.根据权利要求4所述的基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的水凝胶前聚体为甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷甲基丙烯酸酯、氟硅甲基丙烯酸酯、全氟醚、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或两种以上的任意混合。

6.根据权利要求4所述的基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的光子晶体粒子为二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、二氧化钛、氧化铁、四氧化三铁、金和银中的一种或两种以上的任意组合。

7.根据权利要求4或6所述的基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪的制备方法，其特征在于，所述光子晶体粒子的粒径为10～500纳米；所述光子晶体粒子的质量百分数为10～80%。

8.根据权利要求4所述的基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的模具为具有一定厚度的六面体或圆柱体。

9.根据权利要求4所述的基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的玻片为普通玻片、ITO导电玻璃和超平载玻片中的一种。

10.根据权利要求4所述的基于压力响应水凝胶光栅的微型光谱仪的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中Y型光纤探头的探测范围为2～260微米。