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美国麻省理工工程师开发出可变色光纤传感器

发布于:2018/7/27 22:18:06

关键词:染料
简  介:压迫绷带通常使用于向患者的肢体施加压力以改善血流量并使患者肢体的肿胀减轻。根据不一样的条件需要施加不一样大小的压力,但当下还没有一种可靠的方法可使用于测量压迫治疗经历中需要施加的压力大小。日前,来自美...

  压迫绷带通常使用于向患者的肢体施加压力以改善血流量并使患者肢体的肿胀减轻。根据不一样的条件需要施加不一样大小的压力,但当下还没有一种可靠的方法可使用于测量压迫治疗经历中需要施加的压力大小。日前,来自美国麻省理工学院的一个研究小组设计了一种仿生光学机械纤维,这个纤维可以根据压力应变而改变颜色,而且可以用作压缩绷带中的压力传感器。

  麻省理工学院研制的光电子仿生纤维的颜色取决于光线怎么样在其内部的周期性结构中发射,通过改变纤维的形状如对其进行拉伸,以可预测的方式调整光纤的颜色。这个研究团队认为,其开发的可拉伸光学机械纤维将在今后成为标准压缩绷带,这使得医疗服务给予商可以更容易地为病人的特定状况给予最佳压力。

  光机械传感器的仿生设计

  研究人员表态,当下自然界中发现的结构颜色不是用染料或颜料制作成的,相反,结构颜色的起因是因为材料中纳米结构在不一样波长下散射光的干涉造成的。干涉的光进军观察者眼中成为一种颜色的光,其颜色可以根据视角或响应材料形状的变化而发生改变。

  麻省理工学院的研究团队将自然产生的结构色的应使用于开发压力传感光机械纤维的设计。纤维由聚二甲基硅氧烷(PDMS)跟聚苯乙烯聚异戊二烯三嵌段聚合物(PSPI)的两层薄而透明聚合 物组成的周期性结构,在黑色聚二甲基硅氧烷纤芯周围堆叠30~60次,其生成的纤维厚度约为人头发丝直径的10倍。当中由PDMS/PSPI堆叠而成的周期性结构充当布拉格反射器,可以强烈地反射窄波长范围内的可见光。

  从周期性堆叠的光纤反射的光的颜色取决于每层的纳米结构。当纤维拉伸时,纤维层的周期数减小,这将纤维的颜色从红色(无应变)依次改变为橙色、黄色、绿色、最后是蓝色(最大应变)。研究人员指出,有可能设计拥有不一样反射峰的纤维,以制作成一种压力敏感纤维,随着应变压力的增加,其颜色从蓝色变为红色。

  研究人员通过测量纤维光学机械性能的定量测试表明,这个仿生纤维可以被拉伸到其初始长度的两倍以上,而且在经过10000次的拉伸循环后,这个纤维依然产生一致且非常显眼的颜色。

  光纤传感器的演示实验

  为了演示压迫治疗经历中的压力感应,麻省理工学院的研究人员沿着标准压缩绷带的长度缝合了一种可拉伸的光学机械纤维。他们还制作了一张图表,将纤维的颜色跟绷带产生的压力量相匹配。

  研究人员邀请了12名未受过训练的学生志愿者被使用于测试光电子仿生压迫绷带的有效性。他们为学生志愿者们给予了两种常用的压迫绷带系统,以及麻省理工学院的光电子压迫绷带及其制作的颜色图表。这个演示的结果表明,运用光电子压迫绷带跟彩色图表的学生比运用别的两种传统压迫绷带系统时更容易施加最佳压力。

  虽然这项初步研究的结果令人鼓舞,但研究人员表态,他们需要找到一种性价比更高的方式来生产其光电子纤维绷带,以使其适使用于医用纺织品。

  (原文标题:使用于医疗纺织品的可变色光纤传感器)

关键词:染料

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