Gegevens en signalen kunnen snel en betrouwbaar worden verzonden met glasvezels - zolang de vezel niet breekt. Sterke buig- of trekspanning kan het snel vernietigen. Een Empa-team heeft nu een vezel ontwikkeld met een vloeibare glycerolkern die veel robuuster is en net zo betrouwbaar gegevens kan verzenden. En dergelijke vezels kunnen zelfs worden gebruikt om microhydraulische componenten en lichtsensoren te bouwen.

"In termen van optisch geleidende polymeervezels, we hebben van alles geprobeerd, " zegt Rudolf Hufenus. "Maar zelfs met de beste massieve vezelkernen, we kunnen nooit zo'n elasticiteit bereiken als met onze met vloeistof gevulde vezel." De speciale combinatie van optische en mechanische eigenschappen zou nu naast de gevestigde glasvezel nieuwe markten kunnen openen voor Empa's tweecomponentenvezel.

Glasvezelkabels zijn ideaal voor datatransmissie over lange afstanden. De technologie is beproefd en wordt op grote schaal toegepast. Maar glasvezels kunnen slechts in beperkte mate worden gebogen en zijn zeer gevoelig voor trekspanning. Kunststof vezels, anderzijds, worden meestal gebruikt voor kortere transmissieafstanden:voor individuele gebouwen, bedrijfspanden of in voertuigen. De kern van deze vezels is vaak gemaakt van PMMA - ook wel plexiglas genoemd - of het polymeer polycarbonaat. Hoewel deze transparante materialen flexibeler zijn dan glas, ze zijn bijna net zo gevoelig voor trekkrachten. "Zodra zich een microscheurtje vormt in de vezelkern, het licht wordt erdoor verstrooid en verloren, Hufenus legt uit. "Dus de gegevensoverdracht verslechtert aanvankelijk, en later, de vezelkern kan op dit verzwakte punt zelfs volledig scheuren."

Hier komt de expertise van Empa om de hoek kijken:de afgelopen zeven jaar in het Advanced Fibers-lab in St. Gallen staat een machine die kilometerslange vezels kan produceren die gevuld zijn met een vloeistof. Met deze deskundigheid Empa is een wereldleider. "Tweecomponentenvezels met een vaste kern bestaan ​​al meer dan 50 jaar, ", zegt Hufenus. "Maar het fabriceren van een continue vloeibare kern is aanzienlijk complexer. Alles moet gewoon perfect zijn."

De Empa-onderzoeker vroeg zich af:kan deze vloeibare kern niet ook gebruikt worden voor lichttransmissie? Het was de Geneefse natuurkundige Jean-Daniel Colladon die in 1842 voor het eerst licht langs de binnenkant van een waterstraal liet leiden - en zo een van de fysieke fundamenten ontdekte voor de huidige glasvezeltechnologie.

Voor lichtgeleiding in holle vezels met een vloeibare kern, echter, alles moet opnieuw worden afgesteld. Het verschil in de brekingsindex tussen de vloeistof en het transparante bekledingsmateriaal is cruciaal:de brekingsindex van de vloeistof moet aanzienlijk groter zijn dan die van het bekledingsmateriaal. Alleen dan wordt het licht gereflecteerd op het grensvlak en blijft het gevangen in de vloeibare kern.

Tegelijkertijd, alle ingrediënten moeten thermisch stabiel zijn. "De twee componenten van de vezel moeten samen onder hoge druk en bij 200 tot 300 graden Celsius door onze spindop gaan, "zegt de Empa-onderzoeker. "Dus we hebben een vloeistof nodig met een geschikte brekingsindex voor functionaliteit en met de laagst mogelijke dampdruk om de vezel te produceren." Het team koos voor een vloeibare kern gemaakt van glycerol en een omhulsel gemaakt van een fluorpolymeer.

Grote omkeerbare verlenging

Het experiment was een succes:de vezel die het Empa-team produceerde, kan tot tien procent rek weerstaan ​​en keert dan terug naar zijn oorspronkelijke lengte - geen enkele andere optische vezel met een vaste kern is daartoe in staat.

Maar de vezel is niet alleen extreem rekbaar, het kan ook meten hoe ver het is uitgerekt. Hufenus en zijn team voegden een kleine hoeveelheid fluorescerende kleurstof toe aan de glycerol en onderzochten de optische eigenschappen van deze lichtgevende vezel tijdens het strekproces. Het resultaat:wanneer de vezel wordt uitgerekt, het pad van het licht wordt verlengd, maar het aantal kleurstofmoleculen in de vezel blijft constant. Dit leidt tot een kleine verandering in de kleur van het uitgestraalde licht, die kan worden gemeten met behulp van geschikte elektronica. Dus, de met vloeistof gevulde vezel kan duiden op een verandering in lengte of een optredende trekbelasting.

"We verwachten dat onze met vloeistof gevulde vezels niet alleen kunnen worden gebruikt voor signaaloverdracht en detectie, maar ook voor krachtoverbrenging in micromotoren en microhydraulica, ', vertelt Hufenus. De exacte samenstelling van de vezelmantel en vulling kan dan worden aangepast aan de eisen van de specifieke toepassing.