2024年分析測試科學獎二等獎：光纖表面功能化調控機理及其化學參量敏感特性研究
完成單位：東北大學
完成人：趙勇，李雪剛，蔡憶，陳茂慶，王建華
成果簡介：該項目圍繞著光纖表面功能化調控機理及其化學參量敏感特性研究開展深入研究。具體創新點包括：提出基于光纖協同低維納米材料多重增敏的超高靈敏光纖化學傳感理論與方法，揭示了低維納米材料摻雜聚合物薄膜增敏機制，實現了對復雜環境相對濕度、重金屬離子等化學參量的超靈敏檢測；提出基于多重光學效應協同作用的高靈敏度、大測量范圍光纖化學傳感理論與方法，實現了濕度的高靈敏度和大測量范圍精準檢測，為光纖化學傳感器靈敏度與測量范圍矛盾這一共性難題提供了解決思路；提出基于多重光學干涉效應協同的抗溫度干擾、高靈敏度光纖化學傳感理論與方法，有效解決了傳統光纖化學傳感器普遍存在并較難抑制的溫度交叉敏感問題，為光纖化學傳感器的抗環境干擾檢測的發展開辟了新的道路。
創新點及科學價值：針對光纖化學傳感器由于敏感材料的限制以及光場感知強度較弱引起的靈敏度普遍偏低問題，提出基于光纖協同低維納米材料多重增敏的超高靈敏度光纖化學傳感理論與方法；針對光纖化學傳感器靈敏度與測量范圍相矛盾的問題，提出基于多重光學效應協同作用的高靈敏度、大測量范圍光纖化學傳感理論與方法；針對復雜環境下，測量參數多、交叉敏感問題嚴重的問題，提出基于多重光學干涉效應協同的抗溫度干擾、高靈敏度光纖化學傳感理論與方法。上述三項創新點實現了光纖化學傳感器領域的進步，為化學參量的超高靈敏度檢測、大范圍檢測以及抗環境干擾檢測等需求提供新途徑，為光纖化學傳感器實用化提供了有前途的解決方案，具有改變目前化學檢測技術的潛力，特別是在對于易燃易爆、易腐蝕以及狹小空間等復雜場景中。
社會經濟效益：本項目成果具有顯著的經濟社會效益，具體表現在：（1）提高化學分析的靈敏度和精度，滿足各領域對高精度檢測的需求，尤其是在環境監測、品安全、生物醫學等領域；（3）擴大了光纖化學傳感器的測量范圍，例如濕度傳感器檢測范圍擴大到18%-95%RH。這將使光纖化學傳感器能夠應用于更廣泛的場景，例如高濕度或低濕度環境下的監測。（3）有效解決了傳統光纖化學傳感器易受溫度和應變干擾的問題，提高了傳感器的環境適應性和可靠性。這將使光纖化學傳感器能夠在復雜環境中穩定工作，例如在高溫、高壓、強腐蝕等條件下。
應用前景：光纖化學傳感技術以光纖為基地感知材料，具有本質安全、電絕緣性好、抗電磁干擾、選擇性好、響應速度快、傳輸距離遠、工作穩定等優勢。本項目進一步提高了光纖化學傳感技術的檢測靈敏度、擴大了測量范圍、增強了抗干擾能力，使其尤其適用于地下管廊、大型液化天然氣站、礦井、燃氣運輸管線及門站等易燃易爆和惡劣的工業環境中化學參量的遠距離實時在線監測，應用前景十分廣闊。
