Development of a high-sensitivity and fast-response fiber temperature sensor utilizing Ti₃C₂TX MXene/PDMS composites and Vernier effect

材料科学 聚二甲基硅氧烷 干涉测量 复合材料 响应时间 游标尺 灵敏度(控制系统) 纤维 光学 热导率 光纤 温度测量 光纤传感器 折射率 光电子学 电子工程 量子力学 物理 计算机图形学(图像) 工程类 计算机科学
作者
Peijiang Li,Zhenyang Wang,Haoyu Li,Shuai Feng,Lei Meng,Min Lv
出处
期刊:Optics Express [The Optical Society]
卷期号:32 (19): 33344-33344
标识
DOI:10.1364/oe.530215
摘要

Precisely measuring temperature holds great significance for human daily life and industrial production. A high-sensitivity and fast-response optical fiber temperature sensor based on the vernier effect is proposed. A Fabry-Perot interferometer (FPI) filled with Ti 3 C 2 T X MXene and polydimethylsiloxane (PDMS) composites is employed as a sensing probe for the first time, and a cascaded Mach-Zender interferometer (MZI) as a reference unit due to its insensitivity to temperature. The temperature sensitivity of the FPI filled with Ti 3 C 2 T X MXene/PDMS composites is 1.63 nm/°C owing to the excellent thermal expansion characteristics of PDMS, and the response time is shortened from 3.021 s to 719 ms compared to that of the FPI filled with pure PDMS attributed to the high thermal conductivity of MXene. The cascading of FPI and MZI with similar free spectral ranges generates the vernier effect. The sensitivity is magnified by 19.44 times, reaching up to 31.62 nm/°C in the range of 36.5 - 37.2 °C, and the response time is 721 ms. Furthermore, experimental results demonstrate the sensor’s good stability, implying its potential applications of the sensor in medical diagnosis, environmental monitoring and biosensing.
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