由聚合物、金屬和半導(dǎo)體組成的復(fù)合纖維材料將光纖技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大到傳感器、電子學(xué)生物醫(yī)學(xué)和智能紡織品等領(lǐng)域。復(fù)合纖維材料能夠在單個(gè)燈絲內(nèi)集成多種功能元件，如電極、二極管、微流控通道、光波和壓電傳感器，同時(shí)保留纖維固有的優(yōu)勢，包括高通量生產(chǎn)、微米到納米級特性和機(jī)械柔韌性。然而，光纖與其他系統(tǒng)的接口在很大程度上僅限于它們的尖端，這阻礙了它們在大面積應(yīng)用中的應(yīng)用。

來自MIT的Li group結(jié)合了熱拉伸和光纖內(nèi)光刻，以創(chuàng)建沿表面具有微尺度圖案的數(shù)米長的光纖。他們開發(fā)了一種基于具有熱聚合和光聚合特性的硫醇-環(huán)氧樹脂/硫醇-烯網(wǎng)絡(luò)的高通量熱拉伸光刻膠，能夠確定性地打破光纖中傳統(tǒng)的縱向?qū)ΨQ性，并為光纖內(nèi)嵌入高密度的功能元件。

實(shí)驗(yàn)過程

沿光纖長度的任意點(diǎn)進(jìn)行光刻圖案化的光纖必須滿足兩個(gè)材料標(biāo)準(zhǔn)。

1

具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）。當(dāng)溫度 T > Tg，光敏聚合物可以沿拉伸方向?qū)R和拉伸，同時(shí)避免在纖維制造過程中完全交聯(lián)。

2

拉伸纖維成分的光刻圖案化（這里稱為“纖維內(nèi)光刻”）有利于負(fù)光致抗蝕劑，負(fù)光致抗蝕劑的不完整或非交聯(lián)結(jié)構(gòu)允許其纖維加工。

他們設(shè)計(jì)了硫醇-環(huán)氧樹脂/硫醇-烯聚合物網(wǎng)絡(luò)以滿足熱拉伸光刻膠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。硫醇-烯聚合物對氧的抑制力低，且聚合過程中的機(jī)械變形最小，環(huán)氧官能團(tuán)單體提供Tg（圖1）。

圖1復(fù)合材料纖維結(jié)構(gòu)

硫醇-環(huán)氧/硫醇-烯基可拉伸光刻膠以TMICN，BADGE和TATATO分別作為具有硫醇，環(huán)氧和烯烴官能團(tuán)的單體（圖1）。在熱固化過程中，交替的硫醇三官能團(tuán)TMICN和環(huán)氧雙官能團(tuán)BADGE形成與熱拉伸兼容的線性或支化熱塑性聚合物。在紫外（UV）光固化過程中，TMICN的剩余硫醇官能團(tuán)和TATATO的烯烴三官能團(tuán)之間的硫醇-烯反應(yīng)進(jìn)行交聯(lián)（圖2）。

圖2 復(fù)合纖維材料的熱固化和紫外固化過程

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

硫醇-環(huán)氧樹脂/硫醇-烯光敏聚合物可以與其他具有相似熱機(jī)械性能的材料一起通過一步制造工藝制成長達(dá)數(shù)米的集成纖維（圖 3）。在預(yù)制棒（纖維的宏觀前體）中，由碳負(fù)載聚乙烯（CPE）組成的單根導(dǎo)體嵌入在光敏聚合物和環(huán)烯烴共聚物（COC）的絕緣基材之間。在所得纖維中，導(dǎo)體沿其整個(gè)長度完全涂覆了超過9μm的光敏聚合物層。

圖3 復(fù)合纖維材料的熱拉伸和紫外固化過程

為了對熱拉纖維進(jìn)行光刻圖案化，它們通過掩模暴露在302 nm的光下，并浸入丙酮中超過10分鐘進(jìn)行顯影。與未應(yīng)變獨(dú)立薄膜上的光刻類似，直接在熱拉制光敏聚合物上開發(fā)了分辨率至少為1μm的圖案，首次展示了帶有熱塑性光刻膠的纖維內(nèi)光刻（圖4）。

圖4 顯微化圖案的復(fù)合纖維材料

該研究小組將光刻和熱拉伸相結(jié)合，用于在沿長度的任意位置進(jìn)行顯微鏡圖案化的纖維的高產(chǎn)量加工。熱拉伸光刻膠由三官能團(tuán)硫醇、雙官能環(huán)氧樹脂和三官能烯烴單體的混合物組成。在熱固化過程中，硫醇與環(huán)氧基團(tuán)的部分聚合產(chǎn)生了熱塑性塑料，將所得纖維暴露在紫外線下導(dǎo)致剩余的硫醇基團(tuán)和三官能團(tuán)烯烴分子之間的光聚合形成不溶性網(wǎng)絡(luò)。這種方法打破了纖維的縱向?qū)ΨQ特性，同時(shí)利用了宏觀預(yù)制棒的微米級和納米結(jié)構(gòu)特征的公里級生產(chǎn)，可以擴(kuò)展這些多功能多材料結(jié)構(gòu)在柔性大面積器件中的應(yīng)用，從而推動(dòng)紡織、傳感和生物醫(yī)學(xué)行業(yè)的發(fā)展。

產(chǎn)品介紹

01

虹科ALE/1 UV-LED

ALE/1 UVLED能夠?qū)崿F(xiàn)最高光強(qiáng)的光譜模塊化，輸出功率高達(dá)30W。該儀器能夠輸出365nm、385nm、405nm、435nm等多個(gè)波段的紫外線，其余波段可以進(jìn)行光譜定制。閉環(huán)控制輸出，以實(shí)現(xiàn)最大過程穩(wěn)定性，提高光源輸出穩(wěn)定性。ALE/1 UVLED易于集成到新的和現(xiàn)有設(shè)置中，無需外部冷卻，是一款適應(yīng)未來需求且具備顯著所有權(quán)成本優(yōu)勢的無汞光源。

02

虹科superlite I05

SUPERLITE I 05光源傳統(tǒng)上可滿足所有光固化膠粘劑的要求，特別提供受控的 UV 光輸出，可選擇低至 320 nm 以下的短波光譜。該光源將較短的曝光時(shí)間與高紫外線輸出相結(jié)合，可在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)更高的循環(huán)速率。SUPERLITE I 05是同類產(chǎn)品中最強(qiáng)大、用途最廣的點(diǎn)光源，同時(shí)價(jià)格實(shí)惠，是小批量生產(chǎn)的最優(yōu)選擇。提供UVC版本，可實(shí)現(xiàn)深紫外光輸出。