Почему
Покрытие внешней поверхности кварцевого стекла металлом, таким как золото (Gold) или алюминий (Aluminum), не имеет целью обеспечение электропроводности.
Хотя металлические покрытия действительно обладают отличной электропроводностью, в области оптики и сенсорики их используют вместо традиционных органических полимерных покрытий в первую очередь из-за физических и химических требований к устойчивости к экстремальным условиям, герметичности, антикоррозийной стойкости и механическим соединениям.
Ниже приведены основные технические причины использования волокон с металлическим покрытием:
1. Устойчивость к экстремальным температурам (Extreme Temperature Resistance)
Обычные одномодовые оптические волокна покрываются органическими полимерными материалами, такими как акрилаты (рабочая температура обычно не выше 85\ ^\circ\text{C}) или полиимиды (рабочая температура обычно от -200\ ^\circ\text{C} до 350\ ^\circ\text{C}). При более высоких температурах эти органические покрытия подвергаются термолизу, карбонизации или горению, что приводит к чрезвычайной хрупкости стекла из-за потери защиты.
Металлические покрытия (например, золото или алюминий) имеют чрезвычайно высокую температуру плавления и термическую стабильность, что позволяет значительно расширить температурные границы эксплуатации волокна. Например, оптоволокно с золотым покрытием может стабильно работать в широком температурном диапазоне от -270\ ^\circ\text{C} до 700\ ^\circ\text{C}.
2. Полная герметизация и защита от водородной коррозии/увлажнения (Hermetic Sealing)
При высоких нагрузках или растяжении кварцевые стеклянные волокна (диоксид кремния), контактируя с следовыми количествами молекул воды (\text{H}_2\text{O}) в окружающей среде, подвергаются «статической усталости» (или коррозии под напряжением), что приводит к быстрому распространению микротрещин на поверхности и разрыву. Кроме того, в условиях высокого давления и высокой температуры (например, при нефтедобыче, геотермальной разведке) молекулы водорода (\text{H}_2) легко проникают в сердцевину кварцевого волокна, вызывая значительные потери на химическое поглощение (т.е. «водородную деградацию»).
Металлические покрытия (например, алюминий, золото) обеспечивают истинный герметичный барьер (Hermetic Coating), полностью предотвращая проникновение влаги и водорода извне, тем самым значительно продлевая срок службы волокна в суровых условиях.
3. Металлическая сварка и упаковка с нулевой ползучестью (Metallization & Zero-creep Packaging)
В таких применениях, как волоконно-оптические брэгговские решетки (FBG), для высокоточного измерения деформации волокно должно быть механически жестко связано с измеряемой структурой без какого-либо скольжения или проскальзывания. Полимерные покрытия эластичны и подвержены ползучести при изменении температуры, что не позволяет обеспечить идеальную передачу напряжения.
Металлические покрытия (например, золотое, алюминиевое) позволяют инженерам использовать пайку (Brazing/Soldering) или сварку для прямого прикрепления волокна к нержавеющей стали или другим металлическим основаниям. Такое «золото к золоту» или «золото к металлу» полностью металлическое соединение обеспечивает высокопрочную передачу сдвиговых усилий без температурного дрейфа и ползучести, значительно повышая точность датчиков.
4. Высокая теплопроводность (High Thermal Conductivity)
По сравнению с органическими полимерами с очень низкой теплопроводностью, металлы, такие как золото и алюминий, обладают очень высокой теплопроводностью. Это позволяет изменениям внешней температуры практически мгновенно передаваться к сердцевине оптического волокна, значительно сокращая время отклика (Response Time) температурных датчиков.
Используется ли их электропроводность?
В некоторых крайне специфических научных исследованиях или оптоэлектронных интегрированных устройствах электропроводные свойства металлических покрытий действительно используются:
- Термооптическая модуляция: Использование сопротивления металлического слоя для пропускания тока, вызывающего джоулево тепло, для локального быстрого нагрева волокна с целью модуляции длины волны отражения или фазы брэгговской решетки (FBG).
- Защита от статического электричества и заземление: В опасных средах, где легко накапливается статическое электричество, металлический слой может служить заземляющим проводником для рассеивания статического заряда.
Однако следует отметить, что это лишь вспомогательные возможности, а не основная причина нанесения золота или алюминия при производстве волокна.
Информация о связанных основных продуктах OFSCN® (大成永盛)
Для применения в экстремально суровых температурных условиях и для сенсорики, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. предлагает следующие основные оптические волокна с металлическим покрытием и сенсорные продукты:
- OFSCN® Gold-coated Optical Fiber: Это одномодовое/многомодовое оптоволокно с чистым золотым покрытием, устойчивое к высоким температурам. Рабочий диапазон температур одномодового оптоволокна с золотым покрытием составляет от -270\ ^\circ\text{C} до 700\ ^\circ\text{C} (для многомодового - от -270\ ^\circ\text{C} до 650\ ^\circ\text{C}). Диаметр сердцевины составляет 9\ \mu\text{m} (одномодовое), диаметр оболочки - 125\ \mu\text{m}, диаметр золотого покрытия - 155\ \mu\text{m}.
- OFSCN® Gold-Coated Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare): Это брэгговские решетки и цепочки решеток на голом оптоволокне с золотым покрытием. Они сохраняют превосходные спектральные характеристики в условиях сверхвысоких температур до 700\ ^\circ\text{C}, используются для точечного или квазираспределенного прецизионного измерения температуры и деформации.
