【摘 要】
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光纤,全称光导纤维,是通讯设备和激光设备的重要元器件,被广泛应用于信息、军事、航天和医疗等领域。然而因光纤材料为非金属,其主要成分为Si O2,故不能满足应用中对金属特性的需求,如导热性、耐热性及焊接性等。本文利用表面改性中的化学镀技术,在石英光纤表面制备Cu镀层、Ni-P镀层,并在镀层中引入石墨烯材料,制备出Cu-石墨烯和Ni-P-石墨烯复合镀层。通过SEM、EDS、TEM、Raman光谱仪、X
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光纤,全称光导纤维,是通讯设备和激光设备的重要元器件,被广泛应用于信息、军事、航天和医疗等领域。然而因光纤材料为非金属,其主要成分为Si O2,故不能满足应用中对金属特性的需求,如导热性、耐热性及焊接性等。本文利用表面改性中的化学镀技术,在石英光纤表面制备Cu镀层、Ni-P镀层,并在镀层中引入石墨烯材料,制备出Cu-石墨烯和Ni-P-石墨烯复合镀层。通过SEM、EDS、TEM、Raman光谱仪、X射线光电子能谱仪（XPS）和三维形貌仪等,对石墨烯片层和优化工艺的光纤金属镀层进行了微观形貌表征,研究分析了石墨烯引入镀层后,对镀层组织结构、元素存在状态等影响。测试分析了金属镀层光纤的抗拉能力、镀层结合能力和耐蚀能力,同时对金属镀层光纤在导光后的热管性能和传感稳定性进行了研究。结果表明:光纤表面化学镀的前处理工艺,对镀层的最终质量有重大影响。本文优化了光纤表面化学镀的前处理工艺,取消了传统化学镀的粗化步骤,将光纤的损伤降到最低。由微观形貌观察与性能测试结果可知,含有石墨烯片层的复合镀层相比于同金属基的镀层组织更加致密,晶粒更细小,且相关力学性能和耐蚀性能均有提升。其中Cu-石墨烯镀层较Cu镀层硬度提升35.3%,弹性模量提升34.0%,腐蚀电位V值增加32.3%,腐蚀电流I值减小22.5%;Ni-P-石墨烯镀层较Ni-P镀层硬度提升49.6%,弹性模量提升55.5%,腐蚀电位V值增加15.6%,腐蚀电流I值减小24.1%。在高低温循环实验后,石墨烯复合镀层无氧化斑点、脱落和鼓包等现象。光纤表面镀覆金属增加了光纤的抗拉强度,Cu-石墨烯镀层和Ni-P-石墨烯镀层较裸光纤分别提高90.38%和63.18%。光纤导光测试发现,金属镀层能够克服光纤应用中表面有机涂层烧损等问题,其中Cu基镀层光纤的热管性能最优,且可继续增加泵浦激光输入功率;型号220/242金属镀层光纤,信号光透过功率均在97.0%以上,信号光功率损失较小,且表面温升小于35℃,可满足应用需求。
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