可弯曲的玻璃设备

一类特殊的被称为硫族化物玻璃的玻璃材料的持有用于加速与功能等不同的数据传输和化学感应光子和电子装置的集成的承诺。Juejun“JJ”胡,默顿C.弗雷明斯助理教授在材料科学与工程,正在寻找新的方式来部署这些眼镜以惊人的灵活性。亚博网站首页

与普通玻璃一样,硫系玻璃易碎,但是Hu和他的同事开发了一种方法,将非常薄的玻璃光子器件嵌入到柔软和坚硬的聚合物交替层中,例如柔性微盘谐振器和波导。他们的柔性塑料装置在一次疲劳试验中被弯曲了数千次而没有失败。并展示了创纪录的光学性能,根据他们的2014年自然光子学。

“结构,我们提出可以在一半的有效弯曲半径折叠小到0.3毫米,”胡,谁加入了材料科学与工程学系在麻省理工学院于今年一月助理教授解释说。亚博网站首页“你可以通过上千次而不断裂,并没有看到性能下降,以及弯曲他们。”

三明治饼干结构

胡教授建议,考虑设备布局的一种方法是想象一个硬层和软层交替的三明治饼干。“我们制作了一个三层结构,一个非常柔软的层夹在两个相对坚硬的层之间,而不是一个具有相同机械性能的材料板。”现在,当你弯曲它的时候,你想象的是在两个坚硬的层之间有一个非常柔软的层,所以它会先变形,实际上它会吸收几乎所有的机械变形,”胡解释说。

“多中性轴设计”布局的设备,所以没有任何地方的阈值压力需要打破玻璃是超过。“虽然整个结构是机械变形的,但你总可以把玻璃放在一个几乎没有压力的地方,你不会对玻璃施加任何力。”这就是我们如何用易碎的东西制作出非常灵活的整体结构。所以这是设计设备布局的问题。”

虽然这种玻璃的厚度只有1微米或更少,但是用于制造这种玻璃的聚合物的厚度只有几十微米。“所以你可以很容易地处理它,这种基质就像我所说的,是一种介质,用来减轻眼镜上的压力或力,”胡解释说。“玻璃位于坚硬的层上,然后当它变形时,尽管有很大的几何变形,实际上施加在玻璃上的应力非常小,”他说。

多中性轴设计也适用于其他脆性材料,如陶瓷或金属。“任何东西都是那么僵硬,我们总能让它非常顺从,”胡说。他还在特拉华大学时就发表了这篇论文,并在那里担任了四年的终身教授助理。

胡锦涛与在麻省亚搏娱乐网页版登陆理工学院的同事,特拉华州的佛罗里达中央大学明尼苏达大学大学,得克萨斯州的南安普敦大学的大学奥斯汀分校,和基于奥兰多辐照玻璃公司除了灵活的光子器件的研究合作,他们的工作已经证明芯片上的光隔离器上使用红外透明基板,以及用于增强太阳能电池性能低对称性光栅磁性氧化物,中红外光谱传感器。

“我的梦想是看到的一些东西我开发在麻省理工学院有在现实世界产生影响,并作为一个整体造福社会这就是为什么我对创业感兴趣的,他们推到应用程序。这就是我认为麻省理工学院是伟大的在”胡教授说。

Substrate-blind光子集成

在前期的工作中与麻省理工学院教授卡罗琳·罗斯和莱昂内尔”Kimerling Microphotonics中心主要研究科学家阿奴Agarwal,胡锦涛使用高温处理和多层建立,腐蚀,清洗使用口罩和光学光刻生产芯片上的谐亚搏娱乐网页版登陆振器和glass-on-silicon谐振器同样的计算机芯片是捏造的。

但胡锦涛最近在灵活的光器件研制工作在更低的温度下的硫系玻璃液处理的新方法。这种方法,使无机 - 有机混合光子器件,可以使用用于在2014年10月SPIE导致胡品牌它“衬底盲光子集成”多个主机组合物报告

一个2014先进的光学材料证明光波导,微环谐振,以及使用溶液处理制造的光栅。研究人员亚搏娱乐网页版登陆用单步纳米压印法直接模硫属化物玻璃膜到设备的形状。该工艺避免了额外的图案转移步骤。

“我们溶解在有机溶剂中的眼镜,再浸你的基底到该溶液中,使他们获得涂有溶液的均匀层,然后蒸发并干出所有的残留溶剂,”他解释。这是一个过程,这将是很难用二氧化硅,他说。

溶液处理将打开用于集成玻璃光子器件的新的可能性,其是无机的,用有机基聚合物基材与传统的硅衬底。杂交结合的无机材料的优异的光学性能与有机聚合物的处理的通用性。“二氧化硅是窗口窗格玻璃的基本成分之一。如果要沉积的二氧化硅,它必须是高的温度。在高温下,你要么煮聚合物或你摧毁你有你的基片上的底层设备,我们的眼镜没有这样的问题。你可以把他们的任何基板上,并仍将保持你有结构的完整性,”胡教授说。“这意味着你可以存入任何基板上的眼镜,让他们出来的功能设备,而不必担心你的下一个层是否会破坏你已经拥有的基板上。”

是什么使硫系玻璃等不同的是,他们更换氧气在熟悉的窗玻璃眼镜“硫属“来自周期表的元素,主要是硫,硒和碲。其化学组合物可显着变化,从而产生不同的特性,但硫系玻璃共享用于发送红外光,使潜在的商业应用程序的主机的亲和力。

“通过改变成分,可以调节光学性质,所以它们是透明的,以不同的波长。您可以自由调整,通过调整成分,在不损害玻璃稳定性的光学特性,”胡教授说。

“我们还对基本的材料科学,使我们能够开发新的玻璃材料的工作,例如,”胡解释说。亚博网站首页“一些我们开发的新材料,我们实际上可以用高分子材料杂交眼镜。”杂交使新材料,这两个发射光线非常好,光封闭非常好。“在聚合物的一面,他们的用途极其广泛的你如何实际处理它们或把它们组织成功能形状方面,”他说。

作为硫系玻璃的供应商,Hu与辐照玻璃公司有着长期的合作关系,与辐照玻璃公司合作的包括Kathleen Richardson和J. David Musgraves。“他们专门定制了这种特殊的合成眼镜,我们把它们制成设备并对其进行测试。所以他们给(我们)原材料;我们开发了这一过程,使它们成为设备,并考虑应用,”胡解释说。

意外发现的位

当胡的小组开始溶液加工硫属化物玻璃材料,他们发现,眼镜可在同一时间用聚合物进行处理,而不降低聚合物的性质。“这样,我们的想法上来的,以及我们不妨用它来在聚合物制造柔性设备的灵活性真正实现,”他说。

“最初是什么情况是我们有一个项目来处理,而不是使用传统的基于气相沉积方法从溶液中这些玻璃材料。一个有趣的特点,我们发现在这个过程中是这整个过程是非常低的温度。您可以在下面做150摄氏度,例如,在那个时候我们开始思考,嗯,这个低温处理,当您适用于不同的衬底材料,例如,聚合物。而这也正是我们决定可能有一些好处,这是一个有趣的方向,我们应该继续,”他说。

中红外传感

胡勾结助理李默教授美国明尼苏达大学的发展能够检测与高性能化学品的中红外光谱传感器。报道称在2014ACS纳米,该装置捕获的特别的吸收光,以确定化学物质,例如乙醇和甲苯的位置和谐振强度。

“最终,我们要替换的东西,可以使用少量硅芯片上集成的台式光谱仪,”胡锦涛说。“它的体积更小,消耗更低的功率,而实际上是很多比较敏感,因为我们可以在一些新的光学设计,使我们能够提高分子和光之间的相互作用收拾。”该传感器是结晶的氟化钙(CaF 2等)基板上的硅光子器件。研究人员亚搏娱乐网页版登陆称,氟化钙是从可见光到8微米的中红外波长高度透明。“与其他中红外光电子平台,包括硅 - 蓝宝石和锗硅上,硅 - 氟化钙同时提供了广阔的透明窗口,指数最高的对比度相比,”他们的报告。研究者有亚搏娱乐网页版登陆几种专利中红外平台采用玻璃材料,包括红外传感器。

胡是一个合着者在2011自然光子学该证明芯片上的光学隔离设有涂布到图案化的硅谐振器的磁光石榴石膜。研究人员亚搏娱乐网页版登陆,包括主要作者雷鼻和高级作者Ross和Kimerling,所述单片集成器件表现出了“超紧凑尺寸,高隔离比率,均匀的磁场操作的和可控的磁光分散”。

提高光学光电隔离器

胡锦涛说,他和罗斯让学生合作,以提高他们的光隔离器,一个装置让光线行进仅在一个方向的性能。“罗斯博士开发新磁光材料,以及我与新设备的设计工作。所以综合起来,我们希望我们能够改善设备,以便它达到商业级的表现,”他说。

“很多项目都还处于研究阶段,但我感兴趣的技术的商业化,一旦我们有足够的性能将能够亚搏娱乐网页版登陆与持续的技术竞争。”

32岁的胡在Kimerling的指导下在麻省理工学院获得了博士学位,并在中国北京的清华大学完成了本科学业。亚搏娱乐 登录他已婚,他的妻子也在波士顿地区工作。胡的爱好包括阅读科幻小说、上网、与朋友踢足球以及观看足球比亚博网站首页赛。“回到家真的很兴奋。麻省理工有点像我的家,”他说

在一月加盟MIT后,胡锦涛在他的搬迁光子学材料Groupfrom特拉华大学麻省理工学院的过程。有八个学生组中,三谁是麻省理工学院的学生和五个谁将会完成他们的研究在麻省理工学院但是从特拉华大学获得了自己的博士学位。亚搏娱乐网页版登陆

丹尼斯Paiste,材料加工中心

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