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点击蓝字关注我们文章简介传统的光纤由于目的单一(用作光波导),故而光纤材料也较为集中于玻璃。纤维因其特殊的形状尺寸,在更多涉及到信息收集、采取、传递和处理的应用场景下具有独特的优势。自然地,人们想要更加广发的应用纤维形式的器件,或者说是全纤维器件,来提升生活质量。出于这一目的,我们对纤维的材料及结构有了更进一步的要求。从热拉制多功能复合材料的近期发展来看,科研人员们已经实现了在材料上的拓展和结构上的创新,实现了许多令人惊喜的全纤维器件。这篇综述性论文从“视”,“听”,“嗅”,“味”,“触”五感纤维、个人健康管理纤维、神经探针到集成电路纤维和能源纤维,均做了详细介绍。图1:应用于信息科技的热拉制功能纤维。包括五感(“视”,“听”,“嗅”,“味”,“触”)纤维、芯片集成纤维、生化探针纤维、神经探针纤维和能源收集/储存纤维。可以“看”的纤维,是指具有光感应功能的纤维。利用光电效应,在纤维内组建MSM(金属-半导体-金属)形式的背靠背双肖特基结结构,可以实现全纤维形式的光电探测器。由于热拉制工艺的限制,在聚合物纤维中,半导体的选用通常是硫系玻璃材料;在玻璃纤维中,半导体可选用硅、锗等,如图2A所示。并且,除MSM结构外,还可以额外的在纤维内部附加例如谐振腔、光子带隙等微结构来实现同一纤维上的多功能复合。对纤维拉制过程中的材料热力学、晶体学及力学等的研究,可以指导研究人员设计并实现纤维器件内部的微结构自组装。除了简单的检测光照的有无和强度,光电纤维还可以用作成像。图2B-C展示了一张光电纤维布对入射光(字母“E”形状)的探测和还原影像。图2D-E则展示了采用多色光源照射物体,光电纤维布获得衍射花样后还原得到物体图像。图2F-K展示了集成有纳米半导体纤维的光电探测器。图2L-N展示了一根复合了光电探测和光波导双功能的全纤维器件。该纤维由中心光波导、中层光电探测器和外层保护包层组成,可以同时实现对荧光物质的激发(激发光由中心光波导传递)和荧光成像(荧光由中层光电探测器转化为电信号)。另外,光电纤维还可以作为3D打印的原材料,在不破坏纤维内部关键结构的前提下,打印成任意的立体形状(图2O-Q)。图2:MSM结构光电纤维用于光学成像。(A)由半导体芯、金属电极和聚合物包层组成的光电探测纤维截面;(B)一个字母E型的光斑照射在光电纤维编织布上;(C)不同入射角还原出的图像;(D)双环结构的光电纤维SEM照片;(E)单网络无透镜多色成像原理;(F)纳米线簇及其金属接触的SEM照片;(G)放大的单个像素点,可见其上的纳米线簇;(H)以纳米线簇为核心组装出的成像装置外观;(I)用该装置捕获的“UNAM”字样;(J)用于生长硒纳米线的纤维热拉过程示意图;(K)15cm长的硒纳米线纤维及其与CPC电极的界面放大照片;(L)采用纤维传感的荧光成像系统示意图;(M)由罗丹明B溶于乙醇制作的“EPFL”logo;(N)采用纤维荧光成像系统还原得到的图像。(O)可用功能纤维作为原料进行的3D打印示意图;(P)使用光电探测纤维3D打印做成的球;(Q)光电探测球的光照位置还原。可以“听”的纤维指的是由压电材料制作而成的声电纤维。通常,PVDF-TrFE