Dati e segnali possono essere trasmessi in modo rapido e affidabile con le fibre di vetro, purché la fibra non si rompa. Forti sollecitazioni di flessione o trazione possono distruggerlo rapidamente. Un team Empa ha ora sviluppato una fibra con un nucleo di glicerolo liquido che è molto più robusta e può trasmettere dati in modo altrettanto affidabile. E tali fibre possono anche essere utilizzate per costruire componenti microidraulici e sensori di luce.

"In termini di fibre polimeriche otticamente conduttive, abbiamo provato di tutto, " dice Rudolf Hufenus. "Ma anche con le migliori anime in fibra solida, non potremo mai raggiungere la stessa elasticità come con la nostra fibra riempita di liquido." La speciale combinazione di proprietà ottiche e meccaniche potrebbe ora aprire nuovi mercati per la fibra bicomponente di Empa insieme alla fibra di vetro consolidata.

I cavi in ​​fibra ottica sono ideali per la trasmissione di dati su lunghe distanze. La tecnologia è provata e testata e viene utilizzata su larga scala. Ma le fibre di vetro possono essere piegate solo in misura limitata e sono molto sensibili allo stress da trazione. fibre di plastica, d'altra parte, sono tipicamente utilizzati per distanze di trasmissione più brevi:per singoli edifici, locali aziendali o nei veicoli. Il nucleo di queste fibre è spesso realizzato in PMMA, noto anche come plexiglas, o policarbonato polimerico. Sebbene questi materiali trasparenti siano più flessibili del vetro, sono quasi altrettanto sensibili alle forze di trazione. "Non appena si forma una microfrattura nel nucleo della fibra, la luce ne è dispersa e perduta, " spiega Hufenus. "Quindi la trasmissione dei dati inizialmente si deteriora, e più tardi, il nucleo della fibra può persino strapparsi completamente in questo punto indebolito."

È qui che entra in gioco l'esperienza dell'Empa:negli ultimi sette anni, il laboratorio Advanced Fibers di San Gallo ha ospitato una macchina in grado di produrre fibre lunghe chilometri riempite con un liquido. Con questa competenza, L'Empa è un leader mondiale. "Le fibre bicomponenti con un nucleo solido esistono da più di 50 anni, " dice Hufenus. "Ma fabbricare un nucleo liquido continuo è considerevolmente più complesso. Tutto deve essere semplicemente perfetto".

Il ricercatore dell'Empa si chiedeva:questo nucleo liquido non potrebbe essere utilizzato anche per la trasmissione della luce? Fu il fisico ginevrino Jean-Daniel Colladon a condurre per primo la luce lungo l'interno di un getto d'acqua nel 1842, scoprendo così uno dei fondamenti fisici dell'odierna tecnologia delle fibre ottiche.

Per la conduzione della luce in fibre cave con nucleo liquido, però, tutto deve essere risistemato. La differenza negli indici di rifrazione tra il liquido e il materiale di rivestimento trasparente è cruciale:l'indice di rifrazione del liquido deve essere significativamente maggiore di quello del materiale di rivestimento. Solo allora la luce si rifletterà sull'interfaccia e rimarrà intrappolata all'interno del nucleo liquido.

Allo stesso tempo, tutti gli ingredienti devono essere termicamente stabili. "I due componenti della fibra devono passare insieme attraverso la nostra filiera ad alta pressione e a 200-300 gradi Celsius, "Dice il ricercatore dell'Empa. "Quindi abbiamo bisogno di un liquido con un indice di rifrazione adatto alla funzionalità e con la pressione di vapore più bassa possibile per produrre la fibra".

Grande allungamento reversibile

L'esperimento è stato un successo:la fibra prodotta dal team Empa può sopportare un allungamento fino al dieci percento e poi ritorna alla sua lunghezza originale, nessun'altra fibra ottica a nucleo solido è in grado di farlo.

Ma la fibra non è solo estremamente estensibile, può anche misurare quanto è stato allungato. Hufenus e il suo team hanno aggiunto una piccola quantità di un colorante fluorescente al glicerolo ed hanno esaminato le proprietà ottiche di questa fibra luminescente durante il processo di stiramento. Il risultato:quando la fibra è tesa, il cammino della luce si allunga, ma il numero di molecole di colorante nella fibra rimane costante. Questo porta ad un piccolo cambiamento nel colore della luce emessa, che può essere misurato utilizzando un'elettronica adeguata. Così, la fibra piena di liquido può indicare una variazione di lunghezza o un carico di trazione che si sta verificando.

"Ci aspettiamo che le nostre fibre piene di liquido possano essere utilizzate non solo per la trasmissione e il rilevamento del segnale, ma anche per la trasmissione della forza nei micromotori e nella microidraulica, " dice Hufenus. L'esatta composizione della guaina in fibra e del riempimento può quindi essere adattata per soddisfare i requisiti dell'applicazione specifica.