Flydende kernefibre:En dataflod løber gennem dem

Data og signaler kan overføres hurtigt og pålideligt med glasfibre - så længe fiberen ikke går i stykker. Kraftig bøjning eller trækbelastning kan hurtigt ødelægge det. Et Empa -team har nu udviklet en fiber med en flydende glycerolkerne, der er meget mere robust og kan overføre data lige så pålideligt. Og sådanne fibre kan endda bruges til at bygge mikrohydrauliske komponenter og lyssensorer.

"Med hensyn til optisk ledende polymerfibre, vi har prøvet alle slags ting, "siger Rudolf Hufenus." Men selv med de bedste kerner i solid fiber, vi kan aldrig opnå en sådan elasticitet som med vores væskefyldte fibre. "Den særlige kombination af optiske og mekaniske egenskaber kan nu åbne nye markeder for Empas tokomponentfibre sammen med den etablerede glasfiber.

Fiberoptiske kabler er ideelle til dataoverførsel over lange afstande. Teknologien er afprøvet og brugt i stor skala. Men glasfibre kan kun bukkes i begrænset omfang og er meget følsomme over for trækbelastning. Plastfibre, på den anden side, bruges typisk til kortere transmissionsdistancer:til individuelle bygninger, virksomhedens lokaler eller i køretøjer. Kernen i disse fibre er ofte lavet af PMMA - også kendt som plexiglas - eller polymerpolycarbonatet. Selvom disse transparente materialer er mere fleksible end glas, de er næsten lige så følsomme over for trækstyrker. "Så snart der dannes et mikrospræng i fiberkernen, lyset spredes af det og går tabt, "Hufenus forklarer." Så datatransmission forringes i første omgang, og senere, fiberkernen kan endda rive helt på dette svækkede tidspunkt. "

Det er her, Empas ekspertise spiller ind:I de sidste syv år har Advanced Fibers lab i St. Gallen har været hjemsted for en maskine, der kan producere kilometerlange fibre fyldt med en væske. Med denne ekspertise, Empa er verdens førende. "To-komponentfibre med en solid kerne har eksisteret i mere end 50 år, "siger Hufenus." Men at fremstille en kontinuerlig flydende kerne er betydeligt mere kompleks. Alt skal bare være perfekt. "

Empa -forskeren spekulerede på:Kunne denne flydende kerne ikke også bruges til lystransmission? Det var Genève-fysikeren Jean-Daniel Colladon, der først ledte lys langs indersiden af ​​en vandstråle i 1842-og dermed opdagede et af de fysiske grundlag for nutidens fiberoptiske teknologi.

Til let ledning i hule fibre med en flydende kerne, imidlertid, alt skal nyjusteres. Forskellen i brydningsindekserne mellem væsken og det transparente beklædningsmateriale er afgørende:Væskens brydningsindeks skal være væsentligt større end beklædningsmaterialets. Først da vil lyset blive reflekteret ved grænsefladen og forblive fanget i den flydende kerne.

På samme tid, alle ingredienser skal være termisk stabile. "Fiberens to komponenter skal passere gennem vores spinderet sammen under højt tryk og ved 200 til 300 grader Celsius, "siger Empa -forskeren." Så vi har brug for en væske med et passende brydningsindeks til funktionalitet og med det lavest mulige damptryk for at producere fiberen. "Holdet besluttede sig for en flydende kerne lavet af glycerol og en kappe lavet af en fluorpolymer.

Stor reversibel forlængelse

Eksperimentet var en succes:Fiberen, som Empa-teamet producerede, kan modstå op til ti procent forlængelse og vender derefter tilbage til sin oprindelige længde-ingen anden solid-core optisk fiber er i stand til at gøre det.

Men fiberen er ikke kun ekstremt strækbar, den kan også måle, hvor langt den er blevet strakt. Hufenus og hans team tilføjede en lille mængde af et fluorescerende farvestof til glycerolen og undersøgte de optiske egenskaber ved denne luminescerende fiber under strækningsprocessen. Resultatet:Når fiberen strækkes, lysets vej forlænges, men antallet af farvestofmolekyler i fiberen forbliver konstant. Dette fører til en lille ændring i farven på det udsendte lys, som kan måles ved hjælp af passende elektronik. Dermed, den væskefyldte fiber kan indikere en ændring i længden eller en belastningsbelastning, der opstår.

"Vi forventer, at vores væskefyldte fibre ikke kun kan bruges til signaloverførsel og registrering, men også for kraftoverførsel i mikromotorer og mikrohydraulik, "Siger Hufenus. Den nøjagtige sammensætning af fiberkappen og fyldningen kan derefter tilpasses til at opfylde kravene i den specifikke applikation.