由聚合物、金屬和半導體組成的復合纖維材料將光纖技術的應用范圍進一步擴大到傳感器，電子學生物醫學和智能紡織品等領域。復合纖維材料能夠在單個燈絲內集成多種功能元件，如電極、二極管、微流控通道、光波和壓電傳感器，同時保留纖維固有的優勢，包括高通量生產、微米到納米級特性和機械柔韌性。然而，光纖與其他系統的接口在很大程度上僅限于它們的尖端，這阻礙了它們在大面積應用中的應用。雖然纖維中的縱向對稱性可以通過選擇性毛細管斷裂來打破，但是獲得嵌入光纖包層內的裝置的電氣、光學或流體通路往往依賴于低通量消融方法。

來自MIT的Li group結合了熱拉伸和光纖內光刻，以創建沿表面具有微尺度圖案的數米長的光纖。他們開發了一種基于具有熱聚合和光聚合特性的硫醇-環氧樹脂/硫醇-烯網絡的高通量熱拉伸光刻膠，能夠確定性地打破光纖中傳統的縱向對稱性，并為光纖內嵌入高密度的功能元件。

圖1 復合材料纖維結構

首先，沿光纖長度的任意點進行光刻圖案化的光纖必須滿足兩個材料標準。

1. 具有玻璃化轉變溫度（Tg）。當溫度 T > T g，光敏聚合物可以沿拉伸方向對齊和拉伸，同時避免在纖維制造過程中完全交聯。

2. 拉伸纖維成分的光刻圖案化（這里稱為“纖維內光刻”）有利于負光致抗蝕劑，負光致抗蝕劑的不完整或非交聯結構允許其纖維加工。

他們設計了硫醇-環氧樹脂/硫醇-烯聚合物網絡以滿足熱拉伸光刻膠設計標準。硫醇-烯聚合物對氧的抑制力低，且聚合過程中的機械變形最小，環氧官能團單體提供Tg（圖1）。

圖2 復合纖維材料的熱固化和紫外固化過程

硫醇-環氧/硫醇-烯基可拉伸光刻膠選擇三[2-（3-巰基丙酰氧基）乙基]異氰尿酸酯（TMICN），雙酚A二縮水甘油醚（BADGE）和1，3，5-三烯丙基-1，3，5-三嗪-2，4，6（1H，3H，5H）-三酮（TATATO）分別作為具有硫醇，環氧和烯烴官能團的單體（圖1）。在熱固化過程中，交替的硫醇三官能團TMICN和環氧雙官能團BADGE形成與熱拉伸兼容的線性或支化熱塑性聚合物。在紫外（UV）光固化過程中，TMICN的剩余硫醇官能團和TATATO的烯烴三官能團之間的硫醇-烯反應進行交聯（圖2）。

圖3 復合纖維材料的熱拉伸和紫外固化過程

硫醇-環氧樹脂/硫醇-烯光敏聚合物可以與其他具有相似熱機械性能的材料一起通過一步制造工藝制成長達數米的集成纖維（圖 3）。在預制棒（纖維的宏觀前體）中，由碳負載聚乙烯（CPE）組成的單根導體嵌入在光敏聚合物和環烯烴共聚物（COC）的絕緣基材之間。相對于預制棒中的原始縱橫比，光纖中光敏聚合物層的厚度變得更薄。在所得纖維中，導體沿其整個長度完全涂覆了超過9μm的光敏聚合物層。為了減少熱拉伸過程中硫醇-環氧樹脂/硫醇-烯混合物的流動，可以對纖維預制棒進行預固化，從而增加混合物粘度并導致更大的光敏聚合物厚度。因此，在拉絲之后，可以直接對纖維進行光刻。

 圖4 顯微化圖案的復合纖維材料

為了對熱拉纖維進行光刻圖案化，它們通過掩模暴露在302 nm的光下，并浸入丙酮中超過10分鐘進行顯影。與未應變獨立薄膜上的光刻類似，直接在熱拉制光敏聚合物上開發了分辨率至少為1μm的圖案，首次展示了帶有熱塑性光刻膠的纖維內光刻（圖4）。這些光纖與平面市售光掩模、彎曲或柔性光掩模兼容同樣允許傳統圓柱形纖維以及具有更復雜橫截面結構的纖維的圖案化。

該研究小組將光刻和熱拉伸相結合，用于在沿長度的任意位置進行顯微鏡圖案化的纖維的高產量加工。熱拉伸光刻膠由三官能團硫醇、雙官能環氧樹脂和三官能烯烴單體的混合物組成。在熱固化過程中，硫醇與環氧基團的部分聚合產生了熱塑性塑料。將所得纖維暴露在紫外線下導致剩余的硫醇基團和三官能團烯烴分子之間的光聚合形成不溶性網絡。這種方法打破了纖維的縱向對稱特性，同時利用了宏觀預制棒的微米級和納米結構特征的公里級生產。通過在多個指定位置提供對光纖內功能元件的訪問，這種方法可以擴展這些多功能多材料結構在柔性大面積器件中的應用，從而推動紡織、傳感和生物醫學行業的發展。

虹科紫外光源方案

• 虹科ALE/1 UV-LED

ALE/1能夠實現最高光強的光譜模塊化，輸出光強不超過 95000 mW/cm2，輸出功率高達30W。輸出365nm 385nm 405nm 435nm等多個波段的紫外線，其余波段可以進行光譜定制。閉環控制輸出、以實現最大過程穩定性，提高光源輸出穩定性。ALE/1易于集成到新的和現有設置中、無需外部冷卻，是一款適應未來需求且具備顯著所有權成本優勢的無汞光源。 

• 虹科superlite I05

SUPERLITE I 05光源傳統上可滿足所有光固化膠粘劑的要求，特別提供受控的 UV 光輸出，可選擇低至 320 nm 以下的短波光譜。該光源將較短的曝光時間與高紫外線輸出相結合，可在生產過程中實現更高的循環速率。SUPERLITE I 05是同類產品中最強大、用途最廣的點光源，同時價格實惠，是小批量生產的最優選擇。提供UVC版本，可實現深紫外光輸出。

參考文獻：ACS Cent. Sci. 2020, 6, 12, 2319–2325

https://doi.org/10.1021/acscentsci.0c01188

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