Forscher entwickeln flache Glasfasern mit inneren Strukturen als Sensoren

close notice This article is also available in English. It was translated with technical assistance and editorially reviewed before publication. . Ein Forschungsteam des KTH Royal Institute of Technology in Stockholm und der University of Southampton hat eine flache Quarzglasfaser entwickelt, deren innere Struktur angepasst werden kann, um sie als Sensor für unterschiedliche physikalische Veränderungen wie etwa Druck und Temperatur zu verwenden. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen elektronischen Sensoren sind ihre kompakten Maße und ihre Unanfälligkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen. Weiterlesen nach der Anzeige Flache Glasfasern werden herkömmlicherweise durch das Flachdrücken runder Glasfasern erstellt. Die Wissenschaftler entwickelten jedoch eine Preform-Fertigung, um sie direkt in der gewünschten Form herstellen zu können. Das geht aus der Studie „High aspect-ratio quadrilateral flexible silica optical fibers for enhanced multi-parameter sensing“ hervor, die in Nature Communications veröffentlicht ist. Denn flache Glasfasern weisen nach Labortests der Forscher eine bis zu 1000-mal höhere Druckempfindlichkeit auf als runde Glasfasern. Die Änderungen werden dabei optisch erfasst. Glasfasersensoren für unterschiedliche Messungen Die Wissenschaftler veränderten zusätzlich die innere Mikrostruktur der Glasfasern bereits im Herstellungsprozess. Dazu nutzten sie eine laserbasierte Glasbearbeitung, um die interne Struktur der Fasern zu verändern oder Metallfüllungen zu integrieren. Mit diesen Änderungen konnten die mechanischen und sensorischen Eigenschaften weiter verbessert werden, sodass die Glasfasern empfänglicher für physikalische Einflüsse sind. Zugleich behalten sie aber ihre optischen Eigenschaften bei. Das Forschungsteam füllte etwa eine innere Mikrostruktur der Glasfaser mit einer Legierung auf Zinnbasis auf. Die Glasfasern konnten dann eingesetzt werden, um Temperaturen zu messen. Den hauptsächlichen Einsatzbereich als Sensor sehen die Forscher allerdings bei der Messung von Spannungen und Druckverhältnissen, etwa in Flugzeugen, Bauwerken und Batterien. Die flachen Fasern können direkt in die Strukturen eingearbeitet werden und die Änderungen erfassen. Bei Batterien können zusätzlich abnormale Temperaturschwankungen erfasst werden, die etwa auf ein ungewöhnliches Verhalten und Schäden der Batteriezellen hinweisen. In Flugzeugen und Bauwerken können mithilfe der flachen Glasfasern strukturelle Veränderungen frühzeitig erkannt werden. Die flachen Glasfasern mit veränderter innerer Mikrostruktur sind zudem kompakt und unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen. Außerdem können sie zugleich Licht und gegebenenfalls Daten übertragen. „Dies verleiht der Glasfaser eine neue Dimension“, sagt Chris Holmes, Professor an der University of Southampton. Weiterlesen nach der Anzeige Einen ähnlichen Ansatz gibt es bereits als fertiges Produkt. In einem faseroptischen Kabel ist ein Wärmeleiter integriert, der zur Temperaturmessung verwendet wird. Das Kabel wird zur Branderkennung eingesetzt, etwa in Industrieanlagen, Tunneln und Tiefgaragen.