麻省理工学院的研究人员已研制出不仅能传输和调制光线，而且能产生和感知压力变化的光导纤维。该多功能纤维可用于制作多种传感器。该纤维还可以用于调制光信号，使之有希望能成为“智能”织物。

　　麻省理工学院材料科学和工程学教授约尔?芬克（Yoel Fink）说：“我们希望增加纤维的复杂性和精密性。”

　　通过在光导纤维的生产中整合热敏和光敏材料，芬克的研究小组先前已经使纤维起到了简单的传感器甚至摄像机的作用。现在，通过把一层压电材料引入到光导纤维中，他们让其功能再上新台阶。这种材料可以把电信号转换成机械变化，反之亦然，这意味着可以在纤维中应用或感知压力。

　　制造这种纤维的主要挑战在于精确安排多种材料的层次，并在保证各层质量的情况下加工它们。在过去的数年中，芬克的小组研发出一种生产工序，能仔细地把材料分层以形成粗实的“预制”棒，随后被加热并拉伸成长达数千米的细纤维，其中含有包括聚合物与金属在内的多种材料。

　　该方法的关键是所选的各种材料不仅要具有理想的性能，还要能在相同的温度下融化并流动。为了处理压电纤维，芬克制作了一个直径为40毫米的预制体。它包含一种冷却后能形成高品质压电晶体的聚合物和一种黏稠而导电的聚碳酸酯材料。当进行加热和拉伸时，这些层的尺寸从毫米级别缩小到纳米级别，同时能保持厚度比例不变。新的纤维特别适用于分布式传感和成像，因为它们纤细、柔韧而且轻便。

　　宾夕法尼亚大学材料科学与工程学教授利特施?阿加瓦尔（Ritesh Agarwal）说：“整合功能方面的巨大挑战在于把完全不同的材料整合在一起，而这是一次巨大的跨越。”阿加瓦尔说，令人印象深刻的是压电层在被拉伸后仍保持其特性——麻省理工学院的研究人员已经研发适当出生产条件，确保这种材料晶体结构不变，这对保持其将压力转换为电力的性能至关重要。

　　成品纤维具有一条核心用于传输光线，一个压电层，以及与压电层来回传输电能的电极。麻省理工学院的研究人员可以沿着纤维发送电流脉冲，使压电层挤压纤维。由此产生的振动可以被用于产生声波，纤维还可以检测振动和压力的变化，因为这些变化反过来也能产生电信号。本周，这项研究将在《自然材料》杂志上发表。

　　芬克相信新纤维有许多的应用前景。它们可以织成地毯，统计走过该地毯的人数，或者可以整合到复合结构材料中，用于检测细微的裂缝。但是芬克认为，最有前途的应用之一在生物医药。纤维的宽度小于1微米——足够窄，可以在血管中蜿蜒前行或插入器官中监测心率、血流量、或血液中的生物标记。它们传输红外线并进行声学检测的能力提供了类似于超声波成像仪、心率监视器和化学光谱仪相结合的特性。

　　美国康奈尔大学纺织品纳米技术实验室的负责人及纤维科学教授胡安?海尼艾斯特罗扎（Juan Hinestroza）说：“完全整合压电和光导纤维使传感器大幅缩小。这很重要，尤其在空间十分有限的血管或复合材料中。”

　　麻省理工学院研发的纤维中的压电层可以用来调制在纤维内部反弹的光学信号。芬克的研究小组还制造了含有反射层的纤维，起到类似于光学开关的作用。根据各层的厚度情况，反射层会与特定波长的光线相互作用。电脉冲通过纤维会挤压反射镜，从而改变与之发生反应的光线颜色。如果制成织物，该纤维可以产生不同的视觉化颜色图案。芬克说：“如果你想从一件衣服、或飞机或汽车上读取信息，那么你可以把这些纤维整合进去。”