Elastyczne włókna lodowe są świetnymi światłowodami
Lód nie musi być kruchy, może nawet stać się bardzo elastyczny, jeśli dobrze się go wykona. Naukowcy stworzyli niezwykle cienkie, wyginające się włókna lodowe, które nadają się do wykorzystania jako światłowody.
Zapotrzebowanie na małe, tanie i wydajne światłowody jest ogromne, a naukowcy na całym świecie od dawna testują przeróżne materiały, aby sprostać temu wyzwaniu, wprowadzając nowe innowacje. Nikt dotąd jednak nie myślał o wodzie jako materiale budulcowym dla optycznych mikroprzewodników, dopóki Limin Tong z Uniwersytetu Zhejiang w Chinach i jego współpracownicy nie wpadli na genialny pomysł. Stworzyli z lodu wysokowydajne mikrowłókna przewodzące światło, które mogą sprawdzić się w codziennym użytku technicznym.
W czasopiśmie "Science" opisują swoje badania: niezwykle elastyczne, sprężyste i giętkie mikrowłókna z zamrożonej wody, które odbijają światło do wewnątrz i przesyłają je bez większych strat, są tak samo dobre, a nawet lepsze, niż obecnie stosowane kable z włókna szklanego. Proces produkcyjny gwarantuje, że rurki z mikrolodu nie pękną nawet po wygięciu ich w mały, okrągły promień. Co więcej, łatwo powracają do pierwotnego kształtu bez żadnych zniekształceń.
Światłowody wykonane z zamrożonej wody zostały wyprodukowane w zimnej komorze, w temperaturze -50 stopni Celsjusza, wzdłuż pola elektrycznego, które emanuje z końcówki elektrody wolframowej. Badacze doprowadzili do niej napięcie 2000 woltów. Światłowód ma możliwość postać ze względu na ustawiające się w uporządkowany sposób mikrokryształki lodu. Następnie tworzą one włókna o średnicy od 800 nanometrów do 10 mikrometrów, jednak zazwyczaj jest to kilka mikrometrów.
Jak wykazały dalsze eksperymenty, włókna te przewodzą fale świetlne z zakresu widzialnych długości fal co najmniej tak dobrze, jak powszechnie stosowane w przemyśle chipowym światłowody. Wynika to prawdopodobnie z faktu, że mikrowłókna zastygają bardzo jednorodnie i praktycznie bez deformacji, defektów czy zagięć. Pod mikroskopem elektronowym można zauważyć, że ich powierzchnia wydaje się bardzo gładka i jednolita tuż od pojedynczej warstwy kryształu lodu oraz na całej długości.
Podczas wzrostu temperatury otoczenia zmieniają się właściwości materiałowe włókien lodowych, co donoszą badacze. Na przykład elastyczność zwiększa się, gdy temperatura w komorze chłodniczej podczas produkcji spada. Włókna utworzone w temperaturze -100 stopni, o średnicy mniejszej niż 5 mikrometrów, mogą być ostatecznie wygięte niemalże do koła o promieniu 20 mikrometrów bez złamania lub deformacji, tj. bez wygięcia z powrotem do pozycji wyjściowej po usunięciu siły. Proces produkcyjny może być zatem wykorzystany do zmiany właściwości przewodnika.
W zasadzie nie ma przeszkód nie do pokonania w praktycznym, technicznym wykorzystaniu włókien, które są produkowane z wody, najtańszego i dostępnego wszędzie surowca. Mikrowłókna muszą pozostać zamrożone w temperaturze około -30 stopni - mówi Tong w odpowiedzi na pytanie z "Physics World". Jednak wiele powszechnych procesów technicznych wymaga podobnych temperatur ujemnych, jak np. nadprzewodniki wysokotemperaturowe. Włókna lodowe mogłyby nie tylko funkcjonować jako światłowody, ale także jako czujniki, np. wskazujące zanieczyszczenie środowiska. Te zaś mogą bardzo szybko osadzać się na powierzchni przewodników i w ten sposób zmieniać transmisję różnych długości fal. Mikrowłókna mogą być również wartościowe dla badań podstawowych. Mogą być one wykorzystywane np. do badania przejść fazowych w strukturze krystalicznej w szerokim zakresie warunków środowiskowych.
