浙大科學家用冰製作出“冰光纖”再怎麼堅硬易碎也能成繞指柔
杭州網  發佈時間:2021-07-10 08:39   

浙江日報杭州7月9日訊 炎炎暑熱中,浙江大學光電科學與工程學院童利民教授團隊及其合作者完成了一項“涼”意十足的研究——他們把冰變得纖細柔軟,並製成了光纖。相關論文已在最新一期《科學》雜誌發表。

零下150攝氏度的低温環境中,一根比頭髮絲還要纖細的冰單晶微納光纖展現出神奇的性質:不再像普通的冰塊那樣堅硬易碎,而是具有彈性、可以靈活彎曲,這就讓它有了光纖般傳輸和操控光的能力。

目前,常規的玻璃光纖是由氧化硅即石英砂製成的,被“光纖之父”高錕先生稱為“古沙傳捷音”。童利民説,冰微納光纖的出現表明,比古沙更普遍的冰也能“傳捷音”。

“讓冰能夠彎曲,關鍵在於完美地實現冰單晶的結構。”童利民介紹,研究團隊改進了已有的電場誘導冰晶製備方法,自行搭建生長裝置,成功生長了直徑從800納米到10微米的高質量冰單晶微納光纖。藉助冷凍電鏡,能清晰地觀察到這些冰單晶具有很好的直徑均勻性和表面光滑度,由此展現出全新的物理性質。

低温環境中,研究人員測得冰微納光纖的彈性應變值為10.9%,遠高於通常情況下冰0.3%的彈性應變值。這個數值越高,表明材料越有彈性、越容易自由彎曲。童利民認為,冰微納光纖的彈性應變值已經接近冰的理論彈性極限。這是對冰物理認識的重大進步,將啓發人們用冰作為材料製備更多微納尺度的複雜功能結構。

專家表示,冰微納光纖有着獨特的應用前景,有望在許多低温環境下開展的科學研究中一展身手。如冰微納光纖具有實現超低損耗光傳輸的潛能,在低温波導、量子光學等研究領域可望有用武之地。相比玻璃光纖,冰微納光纖對生物友好,特別適合用來製備生物傳感器。地外天體往往温度極低,在未來的宇宙探測中,也藴藏着冰微納光纖的全新應用可能。

來源:浙江日報  作者:記者 曾福泉 通訊員 柯溢能  編輯:鄭海雲
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