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- 麻省理工學院開發(fā)出多功能光纖,以壓電樹脂實現(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)品的是麻省理工學院材料科學專業(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，是因為光纖中安裝了由壓電材料制成的麥克風與揚聲器元件以及反射特定波長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）。
麥克風與揚聲器的元件構(gòu)造，是通過以兩個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℃時拉長（即“拉絲”）。這樣，便制成了直徑及厚度不到2mm、長度超過100m的光纖，而且截面構(gòu)造無論從哪里切割都與母材相似。
麻省理工學院目前已確認，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)生振動注1）。
注1）雖然可隨著施加的交流頻率發(fā)生振動，但一般在頻率超過數(shù)十kHz的超聲波范圍內(nèi)才能作為揚聲器使用。其原因是，比如頻率只有1kHz時，相對于約30cm的聲音波長，光纖截面的幅寬只有2mm太小的緣故，即使能夠產(chǎn)生近場波，也無法向遠處傳播。
圖1：功能及形狀不同的“光纖”
帶麥克風與揚聲器功能的光纖母材構(gòu)造。形狀有筒狀和磁帶狀兩種。麥克風的增益方向以及揚聲器的發(fā)聲方向因形狀不同而異。磁帶狀光纖還裝有可使波長1.55μm附近的光線發(fā)生強烈反射的FP共振器，可隨振動頻率調(diào)制反射波。
麻省理工學院表示，最初試制品的元件構(gòu)造的各個截面存在很大不均勻性，無法實現(xiàn)當初設(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）。
