Los datos y las señales se pueden transmitir de forma rápida y fiable con fibras de vidrio, siempre que la fibra no se rompa. Una fuerte tensión de flexión o tracción puede destruirlo rápidamente. Un equipo de Empa ahora ha desarrollado una fibra con un núcleo de glicerol líquido que es mucho más robusta y puede transmitir datos con la misma fiabilidad. Y estas fibras incluso se pueden utilizar para construir componentes microhidráulicos y sensores de luz.

"En términos de fibras poliméricas ópticamente conductoras, hemos probado todo tipo de cosas, "dice Rudolf Hufenus." Pero incluso con los mejores núcleos de fibra sólida, nunca podremos lograr tal elasticidad como con nuestra fibra llena de líquido ". La combinación especial de propiedades ópticas y mecánicas ahora podría abrir nuevos mercados para la fibra de dos componentes de Empa junto con la fibra de vidrio establecida.

Los cables de fibra óptica son ideales para la transmisión de datos a largas distancias. La tecnología está probada y se utiliza a gran escala. Pero las fibras de vidrio solo se pueden doblar de forma limitada y son muy sensibles a la tensión de tracción. Fibras plásticas, por otra parte, se utilizan normalmente para distancias de transmisión más cortas:para edificios individuales, locales de la empresa o en vehículos. El núcleo de estas fibras a menudo está hecho de PMMA, también conocido como plexiglás, o el polímero policarbonato. Si bien estos materiales transparentes son más flexibles que el vidrio, son casi tan sensibles a las fuerzas de tracción. "Tan pronto como se forma una microfisura en el núcleo de la fibra, la luz se dispersa y se pierde, "Explica Hufenus." Así que la transmisión de datos inicialmente se deteriora, y luego, el núcleo de la fibra puede incluso rasgarse por completo en este punto debilitado ".

Aquí es donde entra en juego la experiencia de Empa:durante los últimos siete años, el laboratorio de Advanced Fibers en St. Gallen ha albergado una máquina que puede producir fibras de un kilómetro de longitud llenas de líquido. Con esta experiencia, Empa es un líder mundial. "Las fibras de dos componentes con un núcleo sólido existen desde hace más de 50 años, ", dice Hufenus." Pero fabricar un núcleo líquido continuo es considerablemente más complejo. Todo tiene que ser perfecto ".

El investigador de Empa se preguntó:¿No podría este núcleo líquido también usarse para la transmisión de luz? Fue el físico de Ginebra Jean-Daniel Colladon quien condujo la luz por primera vez a lo largo del interior de un chorro de agua en 1842 y, por lo tanto, descubrió una de las bases físicas de la tecnología de fibra óptica actual.

Para conducción de luz en fibras huecas con núcleo líquido, sin embargo, todo tiene que ser ajustado nuevamente. La diferencia en los índices de refracción entre el líquido y el material de revestimiento transparente es crucial:el índice de refracción del líquido debe ser significativamente mayor que el del material de revestimiento. Solo entonces la luz se reflejará en la interfaz y permanecerá atrapada dentro del núcleo líquido.

Al mismo tiempo, Todos los ingredientes deben ser térmicamente estables. "Los dos componentes de la fibra deben pasar juntos a través de nuestra hilera a alta presión y entre 200 y 300 grados Celsius, "Dice el investigador de Empa. Entonces necesitamos un líquido con un índice de refracción adecuado para la funcionalidad y con la presión de vapor más baja posible para producir la fibra". El equipo se decidió por un núcleo líquido hecho de glicerol y una funda hecha de un fluoropolímero.

Gran alargamiento reversible

El experimento fue un éxito:la fibra que produjo el equipo de Empa puede soportar hasta un diez por ciento de elongación y luego vuelve a su longitud original; ninguna otra fibra óptica de núcleo sólido es capaz de hacer eso.

Pero la fibra no solo es extremadamente elástica, también puede medir cuánto se ha estirado. Hufenus y su equipo agregaron una pequeña cantidad de un tinte fluorescente al glicerol y examinaron las propiedades ópticas de esta fibra luminiscente durante el proceso de estiramiento. El resultado:cuando la fibra se estira, se alarga el camino de la luz, pero el número de moléculas de tinte en la fibra permanece constante. Esto conduce a un pequeño cambio en el color de la luz emitida, que se puede medir con la electrónica adecuada. Por lo tanto, la fibra llena de líquido puede indicar un cambio de longitud o una carga de tracción que se está produciendo.

"Esperamos que nuestras fibras llenas de líquido se puedan utilizar no solo para la transmisión y detección de señales, sino también para la transmisión de fuerza en micromotores y microhidráulica, "Dice Hufenus. La composición exacta de la vaina de fibra y el relleno se puede adaptar para cumplir con los requisitos de la aplicación específica.