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浙大科学家用冰制作出“冰光纤”

时间:2021-07-21 来源:eisar.com.cn 作者:月夜星空文库网

  炎炎暑热中,浙江大学光电科学与工程学院童利民教授团队及其合作者完成了一项“凉”意十足的研究——他们把冰变得纤细柔软,并制成了光纤。相关论文已在最新一期《科学》杂志发表。

  零下150摄氏度的低温环境中,一根比头发丝还要纤细的冰单晶微纳光纤展现出神奇的性质:不再像普通的冰块那样坚硬易碎,而是具有弹性、可以灵活弯曲,这就让它有了光纤般传输和操控光的能力。

  目前,常规的玻璃光纤是由氧化硅即石英砂制成的,被“光纤之父”高锟先生称为“古沙传捷音”。童利民说,冰微纳光纤的出现表明,比古沙更普遍的冰也能“传捷音”。

  “让冰能够弯曲,关键在于完美地实现冰单晶的结构。”童利民介绍,研究团队改进了已有的电场诱导冰晶制备方法,自行搭建生长装置,成功生长了直径从800纳米到10微米的高质量冰单晶微纳光纤。借助冷冻电镜,能清晰地观察到这些冰单晶具有很好的直径均匀性和表面光滑度,由此展现出全新的物理性质。

  低温环境中,研究人员测得冰微纳光纤的弹性应变值为10.9%,远高于通常情况下冰0.3%的弹性应变值。这个数值越高,表明材料越有弹性、越容易自由弯曲。童利民认为,冰微纳光纤的弹性应变值已经接近冰的理论弹性极限。这是对冰物理认识的重大进步,将启发人们用冰作为材料制备更多微纳尺度的复杂功能结构。

  专家表示,冰微纳光纤有着独特的应用前景,有望在许多低温环境下开展的科学研究中一展身手。如冰微纳光纤具有实现超低损耗光传输的潜能,在低温波导、量子光学等研究领域可望有用武之地。相比玻璃光纤,冰微纳光纤对生物友好,特别适合用来制备生物传感器。地外天体往往温度极低,在未来的宇宙探测中,也蕴藏着冰微纳光纤的全新应用可能。

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