3D打印材料可让光线自行拐弯

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3D打印材料可让光线自行拐弯
发布日期:2024-12-22 11:44    点击次数:195

3D打印的白色块状材料,内有弯曲通道,可以引导光散射。

本报讯(记者沈春蕾)近日,科学家们发现了一种可以使光线自行拐弯的技术。该技术灵感来自云层散射阳光,未来有望推动医学成像、电子冷却、核反应堆设计等进一步发展。11月1日,相关研究成果发表于《自然-物理》。

据介绍,该技术原理与云、雪和其他吸收光的白色材料的反射原理类似,一旦光子撞击到这类材料的表面,它们就会向各个方向散射,且几乎无法穿透材料或者沿着原路反射。例如,当阳光照射到一片由水滴组成的积雨云上时,它会从顶部反弹,使这部分云层看起来是明亮的白色,而由于到达云层底部的光线太少,以至于这部分看起来是灰色的。

“这些反弹的光子会向四周弹跳,试图用各种方法进入材料内部。”英国格拉斯哥大学教授丹尼尔·法乔(DanieleFaccio)说,“最终,光子还是无法进入,并被反射回来。这就是散射。”

为了还原这一过程,研究团队用3D打印技术打印出不透明的白色块状材料,物联网软件开发公司同时在物体内部留下一些薄薄的透明树脂隧道。当光线照射到白色块状材料时,会进入这些隧道并发生散射,就像光线照射在雪或云上发生反射一样。研究团队利用这一方法制备了一系列块状材料,以有组织地引导光线通过。

据了解,这些3D打印的物体在功能上类似于光纤电缆,但这两者的工作原理有根本上的不同。光纤电缆通过内部不断反射来引导光传输,当光试图离开电缆内部的塑料或玻璃芯时,它们会撞击另一种折射率较低的材料,并被反射回内部。用这种方式,光可以一次传输几公里,甚至拐弯。

研究人员表示,与没有透明隧道的实心块状材料相比,他们制备的块状材料将透光率提高了两个数量级以上,还允许光线自行拐弯。虽然这种材料比光纤效率低很多,很难实现光纤所能达到的远距离传输,但这种材料的优势在于简单且便宜。

让光弯曲还可以在现有的半透明物体的隧道里实现,如脊柱中的肌腱和液体,为开展医学成像提供了新方法。法乔说,其在冷却系统和核反应堆等一系列工程应用中也有用武之地。



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