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Die nächste Generation Glasfaser könnte einen flüssigen Kern besitzen

Flüssige Glasfaser besitzt einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Lichtleitern und transportiert Signale dabei genauso schnell. Das Material eignet sich zusätzlich für mikrohydraulische Bauteile.

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Im Inneren der neuartigen Faser befindet sich flüssiges Glycerin. (Foto: Empa)

Glasfaserkabel übermitteln große Daten sehr schnell. Doch das Übertragungsmedium hat auch Nachteile: Es ist empfindlich. Eine neue Erfindung der eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) löst dieses Problem und könnte damit auch für andere Anwendungen sinnvoll sein. Der Unterschied: Die Schweizer Faser besitzt einen flüssigen Kern aus Glycerin. Die Empa hat zusätzlich eine Maschine konstruiert, die die neuen Materialien industriell verarbeitet.

2-Komponenten-Fasern zu starr

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Das Problem bei den herkömmlichen Glasfasersträngen aus zwei festen Komponenten liegt in der mangelnden Flexibilität. Der feste Kern kann leicht brechen und das unterbricht den Lichtstrom. Die Reparatur ist sehr aufwendig. Auf kürzeren Strecken verwendet man daher Kerne aus Plexiglas oder Polycarbonat, die biegsamer sind. Allerdings reagieren sie empfindlich auf Zug. Die Flüssigkern-Lösung hat diese Probleme nicht: Sie kann nicht brechen. Die Faser hält zudem eine Dehnung um zehn Prozent aus, ohne den Datentransport zu stören. Beende man den Zug, ziehe sie sich wieder auf die ursprüngliche Länge zusammen, berichtet die Forschungsgruppe aus der Schweiz..

Auf der Suche nach der richtigen Mischung

Das Team um den Materialexperten Rudolf Hufenus hat zunächst mit Werkstoffen experimentiert. Der Brechungsindex der Flüssigkeit spielte dabei eine wichtige Rolle. Er muss deutlich größer sein als der des umgebenden Materials. Nur so werde das Licht an der Grenzfläche sauber gespiegelt und bleibe innerhalb des Kerns. Zudem mussten die Materialien möglichst temperaturstabil sein. Ein weiterer Knackpunkt lag in der Verarbeitung. Hufenus erklärt: „Die beiden Komponenten der Faser müssen zusammen unter hohem Druck und bei 200 bis 300 Grad Celsius durch unsere Spinndüse laufen. Wir brauchen also eine Flüssigkeit mit passendem Brechungsindex für die Funktionalität und mit möglichst geringem Dampfdruck für die Herstellung der Faser.“

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Komplizierte Herstellung gelöst

Am Ende stellte sich die Kombination aus Fluoropolymer für die Hülle und Glycerin für den Kern als die passendste heraus. Damit entwickelten die Wissenschaftler:innen nicht nur eine neue Faser, sondern erarbeiteten gleich den Produktionsprozess mit. Hufenus sagt, im Gegensatz zur Fertigung von herkömmlichen Glasfasern sei die Fabrikation eines durchgehenden Flüssigkeitskerns erheblich komplexer. „Da muss schon alles zusammenpassen, damit das gelingt“, so der Experte. Er sieht in dem neuen Material noch andere Anwendungen als nur den schnelle Datentransport. Das Institut erwartet, dass sich die flüssige Faser zusätzlich zur Signalübertragung und Sensorik auch zur Kraftübertragung in der Mikromotorik und Mikrohydraulik verwenden lässt. Je nach Anwendung könne man eine passende Mischung aus Hüllen- und Kernmaterialien zusammensetzen, so der Forschungsleiter.

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