Фіни зробили оптоволокно з целюлози

Фінські вчені створили оптичне волокно з целюлози і перевірили деякі його фізичні властивості і чутливість до змін вологості. Світло швидко затухало (6,3 децибел на сантиметр), проте у воді це значення збільшувалося, що робить матеріал придатним для створення датчиків. Дослідження опубліковано в журналі.

Оптичні волокна зустрічаються в нашому житті повсюдно: від мереж передачі даних до сенсорних пристроїв. За рахунок повного внутрішнього відображення всередині волокна фотони можуть долати великі відстані з високою швидкістю, а відсутність необхідності в електричній енергії дає в деяких областях волоконно-оптичним датчикам переваги перед електричними. Для найкращої ефективності внутрішнього відображення добре проводить матеріал з високим показником заломлення покривають матеріалом з низьким показником, що дозволяє світлу переміщатися по волокну без розсіювання.

Найчастіше такі волокна роблять зі скла і полімерних матеріалів, проте діоксид кремнію занадто крихкий, а пластик забруднює навколишнє середовище і, більш того, такі речовини не завжди можна пристосувати для застосування в якості датчиків, оскільки газ або вода не завжди можуть потрапити в таке оптоволокно. Тому вчені шукають альтернативні матеріали для створення оптичних волокон. Хоч здатність стеблів рослин проводити світло вже вивчали, досі рослинний матеріал не розглядали в якості відповідного кандидата для цих цілей.

Ханнес Орелма (Hannes Orelma) з колегами з технічного дослідницького центру Фінляндії VTT створили оптичне волокно з відновленої целюлози в якості основи з високим показником заломлення, покритої ацетатом целюлози з низьким показником, і перевірили його здатність проводити світло для детектування зміни вологості.

Волокна відновленої целюлози отримували мокрим способом: розчин целюлози в ацетаті 1-етил-З-метилімідазолія розкручувався, проходив через маленький (діаметром 0,41 мікрону) отвір і застигав, потрапляючи у воду. Потім волокно термомеханічно покрили ацетатом целюлози, приєднали до джерела світла і вивчали його оптичні властивості на повітрі і у воді за допомогою спектроскопії видимої та ультрафіолетової областей спектру.

Межа міцності отриманого волокна при розтягненні досягала 120 мегапаскалів. Оптоволокно проводило світло в діапазоні довжин хвиль від 500 до 1400 нанометрів, в ультрафіолетовій області воно повністю поглиналося. Загасання світла довжиною хвилі 1300 нанометрів на повітрі склало 6,3 децибел, а у воді збільшилося до 30 децибел і залежало від довжини волокна.

Ці значення набагато перевищують показники загасання оптоволокна для телекомунікації, які досягають сотих часток децибел на кілометр, тому оптоволокно з целюлози не підійде для цих цілей. За словами авторів, целюлозне оптичне волокно може знайти застосування у створенні датчиків, для яких важлива гнучкість і термічна стійкість матеріалу, з якого він зроблений.

Целюлоза знайшла застосування і в інших областях. Близько року тому вчені створили тканину на основі волокон целюлози, здатну адаптуватися до підвищення температури тіла. Сінгапурські вчені знайшли спосіб створення легких і міцних виробів з целюлози розмірами до одного метра за допомогою 3D-друку чорнилом на її основі. А розроблена американськими вченими піна з наноцелюлози виявилася відмінним матеріалом для теплоізоляції.