由镜状纤维制造的光学材料
摘要: 一种发丝状高性能镜状纤维,可用于纺纱织布,也可作为造纸材料。布料中织入这种材料制成的“条形码”,可用
万能镜
万能镜结合了金属镜子的优良性能。后者是复合型镜,组成夹杂非金属材料层,镜反射性能强,但反射光线范围局限性大,偏振敏感性过高。介质镜常用于高性能设备,如激光腔,电讯系统上下话路等。
MIT万能镜子能够像金属镜子一样从不同角度和偏振方向反射光线,有所不同的是,它还能与特定范围内的反射波长调谐并同时传输其他波长。
因此,把一束镜状纤维或一根纤维体,制成管状,反射不同波长的光线后产生相应的光学条形码,这种特制的纤维可织入布料或用于造纸, 来达到辨认穿着者的目的。纤维也可以设计用来反射不同程度的热辐射,制成的布料裁剪成具有防护作用的服装。
聚合纤维在商业上已经相当普及,他机械性能强、成本低。研究小组领导人Fink说:“聚合纤维确实在耐压、防潮等各方面性能令人满意,除了他的光学性能。”为突破这一瓶颈,Fink 研究小组制造出一种聚合纤维,由21层材料聚合而成,柱状的“万能镜”就此产生了。
他们是怎么做到的?
Fink.先生说:“如同电影 ’亲爱的,我把孩子变小了’一样,如果把物体器械缩微,岂不是太好了。这就是我们所要作的。但是我们可不是像科幻小说中用‘缩小光柱’来使仪器神奇变小的,我们用的是熔炉。
研究小组首先制造一个微型柱体雏形,20-30厘米长,直径25毫米。雏形体包括21层介质材料,环绕在一个聚合物中心而成最后纤维,但不像那些用显微镜观察的成品纤维,雏形体的每一层都可用肉眼观察。
这个雏形体被放进熔炉里,熔炉是近来在Fink实验室建造的,是完成拉纤的一部分。在那里,它被拉制成数百米细丝状纤维,纤维包含21个微型层面,每一层仅有数百个纳米厚。
“令人惊奇的是,经过延长距离后得到的纤维与微型柱体雏形的结构保持一致,”Fink说。这种拉制工艺成功的关键被证明是采用一对材料,这对材料具有完全不同的折射率,但具有相似的热力学参数以便使它们能够在相同的温度下被热加工。
Fink认为拉制纤维是生产光学玻璃细纤维所普遍使用的一套工艺。但是当典型的玻璃细纤维仅有少数量且个头相当大时,在内部,镜状纤维数量已超过21,并且厚度都很好的控制在一微米内。“因此我们逐步地采用这一工艺,并在纤维的微结构上把缺点控制在非常小的数目”,Fink说。
这项工作已被国防部高级研究计划局,美国能源部以及国家科学基金所发起,并成为麻省理工学院(MIT)材料科学与工程中心的种子工程。
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