浙大科學(xué)家用冰制作出“冰光纖”

  ICC訊 炎炎暑熱中，浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院童利民教授團(tuán)隊(duì)及其合作者完成了一項(xiàng)“涼”意十足的研究——他們把冰變得纖細(xì)柔軟，并制成了光纖。相關(guān)論文已在最新一期《科學(xué)》雜志發(fā)表。

  零下150攝氏度的低溫環(huán)境中，一根比頭發(fā)絲還要纖細(xì)的冰單晶微納光纖展現(xiàn)出神奇的性質(zhì)：不再像普通的冰塊那樣堅(jiān)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(guī)的玻璃光纖是由氧化硅即石英砂制成的，被“光纖之父”高錕先生稱為“古沙傳捷音”。童利民說，冰微納光纖的出現(xiàn)表明，比古沙更普遍的冰也能“傳捷音”。

  “讓冰能夠彎曲，關(guān)鍵在于完美地實(shí)現(xiàn)冰單晶的結(jié)構(gòu)。”童利民介紹，研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了已有的電場(chǎng)誘導(dǎo)冰晶制備方法，自行搭建生長(zhǎng)裝置，成功生長(zhǎng)了直徑從800納米到10微米的高質(zhì)量冰單晶微納光纖。借助冷凍電鏡，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(xiàn)出全新的物理性質(zhì)。

  低溫環(huán)境中，研究人員測(cè)得冰微納光纖的彈性應(yīng)變值為10.9%，遠(yuǎn)高于通常情況下冰0.3%的彈性應(yīng)變值。這個(gè)數(shù)值越高，表明材料越有彈性、越容易自由彎曲。童利民認(rèn)為，冰微納光纖的彈性應(yīng)變值已經(jīng)接近冰的理論彈性極限。這是對(duì)冰物理認(rèn)識(shí)的重大進(jìn)步，將啟發(fā)人們用冰作為材料制備更多微納尺度的復(fù)雜功能結(jié)構(gòu)。

  專家表示，冰微納光纖有著獨(dú)特的應(yīng)用前景，有望在許多低溫環(huán)境下開展的科學(xué)研究中一展身手。如冰微納光纖具有實(shí)現(xiàn)超低損耗光傳輸?shù)臐撃?，在低溫波?dǎo)、量子光學(xué)等研究領(lǐng)域可望有用武之地。相比玻璃光纖，冰微納光纖對(duì)生物友好，特別適合用來制備生物傳感器。地外天體往往溫度極低，在未來的宇宙探測(cè)中，也蘊(yùn)藏著冰微納光纖的全新應(yīng)用可能。