Lasikuidun vallankumous: Litistetty valokuitunauha on 1 000 kertaa herkempi kuin perinteinen pyöreä kuitu

Täysin uusi tapa valmistaa nauhamaisia kuituja

Sen sijaan, että pyöreä kuitu litistettäisiin vetämisen jälkeen – yleinen mutta epätarkka menetelmä – ryhmä kehitti tarkoitukseen sopivan valmistustavan. He pinoivat silikalevyjä litteäksi aihioksi ja käyttivät laserpohjaista lasinhitsausta sivujen sulkemiseen, jolloin syntyi sisäisiä mikrorakenteita, kuten ilmakerroksia .

Tämä aihio vedettiin sitten tavanomaisella kuidunvetotornilla siten, että mikrorakenteiden paineistusta säädeltiin muodon ja seinämäpaksuuden säilyttämiseksi . Lopuksi femtosekuntilaserkirjoituksella (λ=515 nm, 200 fs pulssit) kaiverrettiin kuituristikot ja suorakaiteen muotoiset aaltoputket suoraan litteän kuidun sisään .

Tämä aihiopohjainen menetelmä säilyttää sisäisen geometrian paljon tarkemmin kuin jälkikäteen tapahtuva litistys, mikä mahdollistaa toistettavan valmistuksen.

Lämpötilaherkkyyttä tinalejeeringilla

HARFF-alusta on luonnostaan yhteensopiva kuitu-Bragg-hila-anturien (FBG) kanssa venymän, lämpötilan ja paineen mittaamiseksi . Mutta ryhmä osoitti erityisen nokkelan parannuksen lämpötilaherkkyyteen: he täyttivät osan sisäisestä mikrorakenteesta tinaan perustuvalla metallilla (Sn-seos). Tämä monimateriaalinen muotoilu paransi merkittävästi kuidun lämpötilaherkkyyttä .

Yhdessä paineen ja lämpötilan mittausominaisuudet tekevät HARFF-kuidusta todellisen moniparametrianturin yhdessä kompaktissa lasinauhassa.

Missä tätä kuitua käytetään?

Koska valokuidut eivät häiriinny sähkömagneettisesta säteilystä, ovat kevyitä ja toimivat vaikeissa olosuhteissa, HARFF-alusta on monipuolinen päivitys sekä tavallisiin pyöreisiin valokuituihin että elektronisiin antureihin . Tutkijat mainitsevat sovellusalueita kuudella eri osa-alueella :

• Ilmailu: Upotettuna komposiittimateriaaleihin mittaamaan sisäistä venymää ja painetta lentokoneissa ja droneissa.
• Energiantuotanto: Rakenteellisen kunnon ja ympäristöolosuhteiden seuranta voimatuotannossa ja -jakelussa.
• Infra: Jatkuva venymän ja paineen seuranta silloissa, rakennuksissa ja muissa infrarakenteissa.
• Biolääketieteelliset laitteet: Kompaktit, EMI-suojatut anturit lääketieteellisiin instrumentteihin.
• Akkujen tarkkailu: Paineen ja lämpötilan muutosten havaitseminen akkukennojen sisällä varhaisina merkkeinä poikkeavasta käytöksestä.
• Älykkäät droonit: Kevyt, multipleksoitu anturointi rakenteellista kuntoa ja lennon dynamiikkaa varten.

Yhteenveto

HARFF edustaa valokuidun perusteellista uudelleenajattelua. Hylkäämällä vuosikymmeniä valokuituja määrittäneen pyöreän poikkileikkauksen tutkijat saavuttivat 1 000-kertaisen parannuksen paineherkkyydessä ja lisäsivät moniparametrisen mittauskyvyn – kaiken tämän käyttämällä tavanomaisia vetotorneja ja hyvin tunnettuja silikamateriaaleja. Tuloksena on anturialusta, joka on valmis todellisiin käyttökohteisiin aina silloista akkuihin.