多材料光纤的设计、制备、性能及应用研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tomyang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
光纤的发明显著提高了人们的生活质量,特别是基于光纤通信的互联网的建立。随着社会的发展以及材料加工技术的进步,传统的石英光纤材料已经不能满足人们日益增长的需求。在此背景下,多材料光纤应运而生,这种融合了光、电、磁、声、热和机械性能等功能材料的光纤极大的扩展了传统光纤的应用领域,在通信、智能传感、能源存储、光电探测、生物医药、3D打印、神经科学、纳米科学与制造等领域具有广泛的应用前景。目前,多材料光纤的发展仍处于初级阶段,需要不断开发并集成新型多功能多材料光纤,并扩展其种类、功能和应用,这对于光纤材料科学的发展以及与其他学科的交叉融合具有重要的意义。本文以多材料光纤为研究对象,主要研究了基于多材料光纤的微纳材料制造以及特种功能多材料光纤的制备与应用,取得的主要成果概括如下:(1)基于多材料光纤制备微纳纤维材料。制备了两类代表性的纤维材料,即高分子纤维和半导体纤维材料。研究结果表明,光纤法可以高效制备微纳纤维材料,所制备的纤维直径、长度和形状可控,单根纤维的尺寸从几十纳米尺度到毫米可控,纤维的长度可达几十米长,并且纤维的形状可以是非圆形。通过迭代拉制光纤或多芯光纤拉制可以批量制备纤维材料,而且光纤法制备微纳纤维材料具有普适性,可以制备不同种类的纤维材料。(2)基于多材料光纤制备复合功能微球及其应用研究。利用光纤内的流体PlateaRayleigh不稳定性制备得到了高分子微球、半导体微球和复合功能微球。研究结果表明,利用光纤的可扩展制备平台,可以高效制备微球颗粒,并且微球的尺寸和结构可控,单个微球的尺寸从20 nm到1.25 mm可控,光纤法可以制备核壳结构微球和多层结构微球。不同功能的材料可复合到微球中,得到功能复合的微球颗粒。进一步研究了光纤法制备的磁性高分子复合微球颗粒的应用,通过在微球表面修饰氨基,可以用于去除水溶液中的重金属离子,在磁性微球表面修饰羧基后可以用于细胞分离。(3)设计并制备了一种金属-半导体-高分子多材料光纤,研究了多材料光纤在光探测和辐射探测领域的应用。通过光纤拉制平台,我们成功将金属材料和半导体材料复合到单根聚合物光纤中。并通过选择性诱导光纤内的Platea-Rayleigh流体不稳定性,在光纤内部得到一种梯形的连通结构。我们使用蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation)计算了这种结构光纤器件的射线吸收能力,结果表明纤芯的吸收能力远大于聚合物包层材料。随后,验证了多材料光纤的光探测和X射线探测功能,并且这种柔性光纤可以编织成织物,还可以与商用信号采集卡连接,从而实现远程无线探测功能。我们演示了这种多材料光纤在远程探测上的应用,从而为新型光电探测器件的开发提供了新思路。(4)设计并制备了一种多模态光遗传学光纤探针,可以同步进行光信号和神经信号的探测,并研究了其在活体动物光遗传学上的应用。利用光纤拉制平台,成功将金属材料复合到了聚合物光纤中。并且采用双包层结构,光纤的导光性不受影响,得到一种可以同时导光和导电的多材料光纤探针。光纤探针的物化性能研究表明,其具有优异的机械性能和光学透过性;并且,多模态光纤探针的导电性能良好,其在1 k Hz的阻抗仅为11.57 kΩ。活体动物光遗传学实验结果表明,多模态光纤探针可以实现单神经元水平上的同步光刺激与神经信号记录功能。所记录的电信号幅值高,信噪比高达30 d B,并且可以连续记录10周以上,在宽频率范围内(1-20 Hz)可以实现稳定的光刺激与神经信号记录。并且,所制备的多模态光纤探针的生物相容性比商用石英光纤探针好。
其他文献
旅居海外的华人艺术家们,他们行走在东西方文化的边界上,在西方,他们是“中国文化”的代表;在中国,他们是旅居国外的“海归”,旅居海外的游牧经历,可以让艺术家们获得充分而宏观的视
目前我国市面上的家电的电源多数是通过单相相控整流电路获取的,虽然它具有电路简单、成本低等优点,但是现实生活中多数电器要求输入电压是可调的,所以单相相控电路还存在不足,用
对电能计量装置的基本要求就是准确,做好电能计量装置工作,提高电能计量装置的准确性,真正做到电能计量公平合理,.为发供用电各方提供可靠依据。
对共20届足球世界杯发展进行数据统计分析,数据表明:足球世界杯举办地分布具有不均衡性,欧美洲承办了90%的世界杯比赛;世界杯以大洲为名额限制参赛单位,各大洲参赛机会处于绝
近年来,双渠道营销模式已经成为越来越多品牌制造商的主要运营模式。由于网络渠道的开设,制造商与零售商之间不仅存在传统渠道的纵向博弈,而且还存在着传统零售渠道与网络渠
当今,在人们生产生活的各个方面、各个领域,人工智能的影子无处不在,人工智能正在逐步改变我们的生产方式和生活习惯。机器学习是人工智能的主要分支,它能从数据中自动挖掘学
某跨海隧道一端遇到坚硬的未风化或弱风化岩层;另一端遇到强风化的围岩或沉积土层,单靠盾构法难以完成,多采用"矿山法+盾构法"施工.以厦门地铁2号线一标海沧大道站—东渡路站跨
随着大数据时代的到来,空间大地测量技术迅速发展,为地理信息领域提供了必要的数据来源和参考依据。高程作为空间信息表达与传递的重要数据,为科学研究与工程实际应用提供了基本保障。具有快速高精度优点的GPS技术成为获取地理数据的重要途径,但GPS观测方法直接获得的是相对于参考椭球面的大地高,而非工程实际采用的正常高。因此,为充分利用GPS观测成果的有效信息,亟需构造高精度的转换模型来实现不同高程之间的转换
动车组齿轮箱轴承游隙的测量和调整工艺,是提高轴承旋转精度和承载能力、降低传动系统振动和噪声的有效手段。
低温作为一种主要的逆境胁迫,不仅影响植物的生长发育,还限制植物的地理分布。为了应对低温胁迫,植物进化出了复杂而精细的调控网络,其中研究的最为广泛的是以转录因子CBF/DR