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MIT开发出多功能光纤 以压电树脂实现声波传感器 |
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| http://cn.newmaker.com
8/12/2010 10:43:00 AM
日经BP社
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 美国麻省理工学院（MIT）开发出了制造方法与普通光纤相同、但具有声波传感器功能及光调制功能的塑料光纤。据该学院介绍，这种光纤可用于插入血管内使用的血压传感器、血流传感器以及与布编织在一起的大面积流速传感器等。
开发此次产品的是麻省理工学院材料科学专业Yoel Fink副教授领导的研究小组。这种光纤之所以能够用来制造声波传感器等，是因为光纤中安装了由压电材料制成的麦克风与扬声器元件以及反射特定波长光线的元件形成的构造，以此取代了以往传递光线的构造（图1）。
麦克风与扬声器的元件构造，是通过以两个电极夹住具备压电性质的树脂——偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物（P（VDF-TreFE））实现的。向电极通入电流的布线材料中采用了铟（In）。将该构造嵌入直径及厚度为数cm的母材中，并在加热至230℃时拉长（即“拉丝”）。这样，便制成了直径及厚度不到2mm、长度超过100m的光纤，而且截面构造无论从哪里切割都与母材相似。
麻省理工学院目前已确认，向该光纤的两根铟线施加5～10V的交流电压后，光纤可在数k～数MHz的较大范围内产生振动注1）。
注1）虽然可随着施加的交流频率发生振动，但一般在频率超过数十kHz的超声波范围内才能作为扬声器使用。其原因是，比如频率只有1kHz时，相对于约30cm的声音波长，光纤截面的幅宽只有2mm太小的缘故，即使能够产生近场波，也无法向远处传播。
图1：功能及形状不同的“光纤”
带麦克风与扬声器功能的光纤母材构造。形状有筒状和磁带状两种。麦克风的增益方向以及扬声器的发声方向因形状不同而异。磁带状光纤还装有可使波长1.55μm附近的光线发生强烈反射的FP共振器，可随振动频率调制反射波。
麻省理工学院表示，最初试制品的元件构造的各个截面存在很大不均匀性，无法实现当初设想的功能。造成截面不均的原因是，在温度稍高的拉丝过程中，压电树脂及电极的粘性大幅降低，导致设想的元件构造遭到破坏。为了解决该问题，此次的压电树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，电极材料则未使用金属，而是采用添加了石墨的聚碳酸酯（CPC）。（记者：野泽 哲生）
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