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- 麻省理工學(xué)院開發(fā)出多功能光纖,以壓電樹脂實(shí)現(xiàn)聲波傳感器
- 來源：技術(shù)在線 發(fā)表于 2010/8/12
美國麻省理工學(xué)院（MIT）開發(fā)出了制造方法與普通光纖相同、但具有聲波傳感器功能及光調(diào)制功能的塑料光纖。據(jù)該學(xué)院介紹，這種光纖可用于插入血管內(nèi)使用的血壓傳感器、血流傳感器以及與布編織在一起的大面積流速傳感器等。
開發(fā)此次產(chǎn)品的是麻省理工學(xué)院材料科學(xué)專業(yè)Yoel Fink副教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組。這種光纖之所以能夠用來制造聲波傳感器等，是因?yàn)楣饫w中安裝了由壓電材料制成的麥克風(fēng)與揚(yáng)聲器元件以及反射特定波長(zhǎng)光線的元件形成的構(gòu)造，以此取代了以往傳遞光線的構(gòu)造（圖1）。
麥克風(fēng)與揚(yáng)聲器的元件構(gòu)造，是通過以兩個(gè)電極夾住具備壓電性質(zhì)的樹脂——偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物（P（VDF-TreFE））實(shí)現(xiàn)的。向電極通入電流的布線材料中采用了銦（In）。將該構(gòu)造嵌入直徑及厚度為數(shù)cm的母材中，并在加熱至230℃時(shí)拉長(zhǎng)（即“拉絲”）。這樣，便制成了直徑及厚度不到2mm、長(zhǎng)度超過100m的光纖，而且截面構(gòu)造無論從哪里切割都與母材相似。
麻省理工學(xué)院目前已確認(rèn)，向該光纖的兩根銦線施加5～10V的交流電壓后，光纖可在數(shù)k～數(shù)MHz的較大范圍內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)注1）。
注1）雖然可隨著施加的交流頻率發(fā)生振動(dòng)，但一般在頻率超過數(shù)十kHz的超聲波范圍內(nèi)才能作為揚(yáng)聲器使用。其原因是，比如頻率只有1kHz時(shí)，相對(duì)于約30cm的聲音波長(zhǎng)，光纖截面的幅寬只有2mm太小的緣故，即使能夠產(chǎn)生近場(chǎng)波，也無法向遠(yuǎn)處傳播。
圖1：功能及形狀不同的“光纖”
帶麥克風(fēng)與揚(yáng)聲器功能的光纖母材構(gòu)造。形狀有筒狀和磁帶狀兩種。麥克風(fēng)的增益方向以及揚(yáng)聲器的發(fā)聲方向因形狀不同而異。磁帶狀光纖還裝有可使波長(zhǎng)1.55μm附近的光線發(fā)生強(qiáng)烈反射的FP共振器，可隨振動(dòng)頻率調(diào)制反射波。
麻省理工學(xué)院表示，最初試制品的元件構(gòu)造的各個(gè)截面存在很大不均勻性，無法實(shí)現(xiàn)當(dāng)初設(shè)想的功能。造成截面不均的原因是，在溫度稍高的拉絲過程中，壓電樹脂及電極的粘性大幅降低，導(dǎo)致設(shè)想的元件構(gòu)造遭到破壞。為了解決該問題，此次的壓電樹脂未使用普通聚偏氟乙烯（PVDF），而是采用了偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物，電極材料則未使用金屬，而是采用添加了石墨的聚碳酸酯（CPC）。
