用冰做光纤？能灵活弯曲，又可低损耗传输光！

首次实现冰的弹性弯曲

“这是一个令人好奇的、有趣的问题，大约八年前，我和郭欣就讨论过这个想法，但由于所涉及的实验条件和技术要求很高，一时难以开展。”童利民说，2017年，在讨论二年级博士生许培臻的研究方向时，再次提到了这个想法；当时正在准备本科毕设的崔博文，也加入了这个项目。他们专注的研究态度和出色的实验动手能力，为实现这个想法提供了可能性。另外，当时学校刚成立了冷冻电镜中心，为低温下的结构表征提供了研究条件。

在这项研究中，结构制备是关键的第一步。研究团队自行搭建了生长装置，在大量实验基础上，改进了已有的电场诱导冰晶制备方法，成功生长了直径从800纳米到10微米的高质量冰单晶微纳光纤。在冷冻电镜下，验证了这些沿c轴生长的冰单晶微纳光纤具有很好的直径均匀性和表面光滑度。

图1.研究团队生长的直径均匀的冰单晶微纳光纤

“作为光纤，必须能够自由弯曲，才会更有用。”童利民说。为了探索冰微纳光纤的力学性能，研究团队发明了一套低温微纳操控和转移技术，实现了液氮环境下微纳结构的灵活、精确操控。在零下150℃的冰微纳光纤中，获得了10.9%的弹性应变，接近冰的理论弹性极限（远高于此前报道的最高0.3%的应变实验值），实现了冰微纳光纤的灵活弯曲。

图2.冰单晶微纳光纤弹性弯曲光学显微镜照片

视频1 光学显微镜拍摄的冰单晶微纳光纤弹性弯曲过程