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麻省理工學(xué)院(MIT)和其他幾家機(jī)構(gòu)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種制作光子設(shè)備的方法——類似于電子設(shè)備，但基于光而不是電——可以彎曲和伸展而不受損害。這些設(shè)備可以在電纜中找到連接計(jì)算機(jī)設(shè)備的用途，或者在診斷和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用，可以附著在皮膚上或植入人體，輕松地與自然組織結(jié)合。

這一發(fā)現(xiàn)涉及使用一種特殊的玻璃，叫做“chalcogenide”，在麻省理工學(xué)院、佛羅里達(dá)中部大學(xué)和中國(guó)和法國(guó)的大學(xué)里，有兩篇論文被描述為“chalcogenide”。這篇論文將很快發(fā)表在《科學(xué)與應(yīng)用》雜志上。

他說(shuō)，許多人對(duì)光學(xué)技術(shù)的可能性很感興趣，這些技術(shù)可以拉伸和彎曲，特別是應(yīng)用于皮膚安裝的監(jiān)控設(shè)備，這些設(shè)備可以直接感知光信號(hào)。例如，這些設(shè)備可以同時(shí)檢測(cè)心率、血氧水平，甚至血壓。

光子學(xué)設(shè)備直接處理光束，使用由發(fā)光二極管、透鏡和鏡子組成的系統(tǒng)，制造出與制造電子微芯片相同的過(guò)程。使用光束而不是電子流對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是有好處的;如果原始數(shù)據(jù)是基于光的，例如，光學(xué)處理避免了轉(zhuǎn)換過(guò)程的需要。
但他說(shuō)，目前大多數(shù)的光子學(xué)器件都是由剛性基片上的剛性材料制成的，因此對(duì)于“應(yīng)該像人類皮膚一樣柔軟”的應(yīng)用程序，“固有的不匹配”?！暗蠖鄶?shù)軟質(zhì)材料，包括大多數(shù)聚合物，都有低折射率，這就導(dǎo)致了一種較差的光束?！?/p>

他和他的團(tuán)隊(duì)采用了一種新穎的方法，而不是使用這種靈活的材料:他們形成了一種堅(jiān)硬的材料——在這種情況下，一種叫做chalcogenide的玻璃薄層——變成彈簧狀的線圈。就像鋼鐵可以被制造成彈簧一樣，這種玻璃管的結(jié)構(gòu)使它可以自由地伸展和彎曲，同時(shí)保持其理想的光學(xué)特性。

胡曉煉說(shuō):“你最終會(huì)得到像橡膠一樣靈活的東西，可以彎曲和拉伸，而且仍然有很高的折射率，而且非常透明?！睖y(cè)試表明，這種類似彈簧的結(jié)構(gòu)，直接在聚合物基板上，可以經(jīng)歷數(shù)千個(gè)伸展周期，在光學(xué)性能上沒(méi)有可檢測(cè)的退化。該團(tuán)隊(duì)制作了各種各樣的光子組件，由柔性的、彈簧式的波導(dǎo)相互連接，它們都在一個(gè)環(huán)氧樹脂基體中，在光學(xué)元件附近變得更硬，在波導(dǎo)周圍更加靈活。

胡曉煉說(shuō)，在聚合物基礎(chǔ)上嵌入一種更硬材料的納米棒，可以產(chǎn)生其他可拉伸的光子學(xué)，但這些材料需要額外的制造步驟，而且與現(xiàn)有的光子系統(tǒng)不兼容。
這種柔性、可伸縮的光子電路也適用于那些設(shè)備需要符合其他材料的不均勻表面的應(yīng)用，比如應(yīng)變儀。根據(jù)胡士泰的說(shuō)法，光學(xué)技術(shù)對(duì)應(yīng)變非常敏感，可以檢測(cè)不到百分之一的變形。

這項(xiàng)研究還處于早期階段;到目前為止，胡的團(tuán)隊(duì)只演示了單個(gè)設(shè)備。他說(shuō):“為了讓它有用，我們必須演示所有集成在一個(gè)設(shè)備上的組件?！蹦壳罢谶M(jìn)行的技術(shù)研發(fā)工作正在進(jìn)行中，因此可以進(jìn)行商業(yè)應(yīng)用，胡先生說(shuō)，這還需要兩到三年的時(shí)間。

在上周發(fā)表于《自然光子學(xué)》(Nature Photonics)的另一篇論文中，他和他的合作者們也開發(fā)了一種新的方法，將由chalcogenide玻璃和二維材料(如石墨烯)組成的光子晶體與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光子電路結(jié)合在一起?，F(xiàn)有的集成這些材料的方法要求它們?cè)谝粋€(gè)表面上制造，然后剝落，轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體晶片上，這給這個(gè)過(guò)程增加了巨大的復(fù)雜性。相反，新工藝允許分層直接在半導(dǎo)體表面制造，在室溫下，允許簡(jiǎn)化制造和更精確的對(duì)準(zhǔn)。

該工藝還可以利用chalcogenide材料作為一種“鈍化層”，保護(hù)2 - d材料由環(huán)境濕度引起的降解，并作為一種控制2 - d材料光電子特性的方法。該方法是通用的，可以擴(kuò)展到除了石墨烯之外的其他二維材料，以擴(kuò)展和加速它們與光子電路的集成，Hu說(shuō)。