マイクロメカニックスによるポリマー光ファイバー内の針状ドーパントの配向解析

使用微观力学分析聚合物光纤中针状掺杂剂的取向

基本信息

批准号：
20K05098
负责人：
古川怜
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題は、プラスチック光ファイバー内に分散する介在物（ドーパント）の配向を調べることを目的とする。将来的には、プラスチック光ファイバーの優れた弾性的性質を利用して応力センシングに用いることを想定しており、本課題はその基礎研究に相当する。想定する介在物に求められる条件として、光ファイバーの大胆な変形に伴って内部で配向を揃えられるよう、形状に大きな異方性を持つこと、そしてこれと異方性軸を共有する光学的異方性を持つことが挙げられる。いくつかの光ファイバー試料を作製し、円柱型サンプルを上下の平板でプレスした系を検証した。試料のバリエーションとしては、ドーパントの種類と濃度、母材ポリマー、コア／ファイバーの直径比などをパラメーターとして振った。まず、この上下平板でプレスする最もシンプルな系において、ファイバーの透過光が応力によってどのように変わるかを調査した。この測定結果を構造計算によって検証した結果、理想的なヘルツの接触応力から導かれるファイバー断面内の応力分布が実際と異なることが示唆された。この結果を踏まえ、ファイバーの構造パラメーターへのフィードバックを行ったところ、コア／ファイバーの直径比のコントラストを大きくすることが応力への光信号の応答をより顕著化することが、現状の指針として得られている。また、より顕著な信号を取り出すために加圧部全長を光ファイバー全長に対し多くを占めるように設定した。この結果、プラスチック光ファイバーの微細な径変動がもたらす影響をより詳細に検証する必要が出てきた。研究室で製造する光ファイバーはプリフォームの延伸により得られるもので、この製造法をとる限りある程度以上の径変動は取り除けない。現在、構造計算により、この径変動の周期と大きさが光ファイバーの断面応力分布へ与える影響を調査している。

该对象是研究分散在塑料光纤内的夹杂物（掺入剂）的方向。将来，我们计划将塑料光纤的出色弹性特性用于应力感应，并且此问题对应于基础研究。预期夹杂物所需的条件包括在形状上具有较大的各向异性，因此由于光纤的大胆变形，可以在内部对齐，并具有与此相同的各向异性轴的光学各向异性。制备了几个光纤样品，并验证了用顶部和底部平板按下圆柱样品的系统。样品的变化是掺杂剂的类型和浓度，基本材料聚合物的类型和浓度，以及核/纤维的直径比，类似于参数。首先，我们研究了由于最简单的系统与该上部和下部板压力的最简单系统中的压力导致的纤维变化如何变化。通过结构计算验证了该测量的结果，并表明纤维部分内的应力分布来自赫兹的理想接触应力，与实际结果不同。基于这些结果，对纤维的结构参数做出了反馈，作为指南，它是作为当前指南获得的，它增加了核心/纤维直径比的对比度，使光信号的响应使压力的响应更为明显。此外，为了提取更明显的信号，将加压部分的整个长度设置为超过光纤的整个长度。结果，有必要更详细地检查塑料光纤中细直径变化的影响。实验室制造的光纤是通过拉伸预成型获得的，只要使用了这种制造方法，就无法消除直径的波动。目前，正在使用结构计算来研究该直径变化对光纤横截面应力分布的周期和幅度的影响。