Боядисаната сол осигурява светещ термометър за дребни неща

Боядисаната сол осигурява светещ термометър за малки нещаУвеличетеPHаз LIPPE HUGUEN / AFP / Гети изображения

Температурата е известна трудна за измерване, най-вече защото това е средно количество. Температурата на помещението е често записани в една точка, когато е предназначено да бъде мярка на средна енергия на въздуха в стаята – стая, която ще бъде пространствена и времевите колебания около тази средна стойност.

Както всеки, който спори за термостата, ще знае, измерването на средната е достатъчно трудно. Но какво ще стане, ако искам измерва действителните колебания и температурни разлики в стая? Тогава ми трябва термометър, който осигурява температура образ.

Може би си мислите „вземете IR камера, манекен“. Но там е много по-готин вариант от инфрачервената камера. Това е (почти) нормална камера, съчетана с лазер, който измерва температурата от излъчването на видима светлина.

IR камерите не са готини

Сериозно обаче, защо да не използвате IR камера? Защото IR е досадно. Обектите на стайна температура отделят много малко топлина радиация и се нуждаете от силно чувствителен детектор във вашата камера. ИЧ лъчението не се предава през стъкло, така че просто може да бъде невъзможно да се извърши измерване.

Влошава се. Количеството топлинно излъчване зависи от излъчваемост на обекта. Излъчвателната способност е число между единица и нула, която зависи от физическите свойства на обекта. Да се правилно измерване на температурата, излъчвателната способност трябва да бъде известна, и повечето камери могат да се справят само с една излъчвателна способност. Какво случва се, ако обектът се състои от смесени материали? Привидно температурната разлика може да е само разлика в емисивност.

И накрая, пространствената разделителна способност е лоша. Топлинното излъчване е около 10 µm, така че пространствената резолюция никога няма да бъде много по-добра повече от 10 цт. Неща като клетки, електронни устройства и микромеханичният хардуер има всички функции, които са по-малко от 10 um. Би било много хубаво да има термометър, който би могъл разрешаване на температурните промени при по-малки мащаби. И в малки мащаби, очакваме малки температурни разлики, така че всеки метод с висока пространствената разделителна способност трябва да има висока точност.

Сияещата сол е гореща

Тук идва група швейцарски изследователи изследователите са разработили група чувствителна към температура луминисцентни материали, които да се използват като миниатюрни термометри.

За да разберем как работи това, нека накратко да скочим в света на молекулярната и атомната физика. Когато материал абсорбира видимо светлина, това прави, като премества електрон от основното си състояние в ан възбудено състояние. За да се отпуснете обратно към основното състояние, електронът има да губи енергия. Това обикновено е многоетапен процес. Първо електронът ще отстъпи малко енергия на заобикалящата го форма на вибрации – ядрата на молекулата започват да се разклащат – тогава, накрая може да излъчи фотон светлина, за да се върне към земята състояние.

Животът обаче не винаги е толкова гладък за електрон. В някои материали, електронът може да се откаже от малко енергия под формата на вибрации и се озова в капан. Не може да се излъчи фотон към върнете се в основното състояние, очаква го необичайна и висока енергия събитие, за да го изтласкаме от капана. Ако молекулата е в горещо среда, той вече ще вибрира силно и може да се разклати извън капана от молекулните вибрации, което му позволява да излъчва a фотон.

Ефектът е, че отнема повече време, за да се отдели студена молекула светлина, отколкото за гореща молекула. Типичното време, за което е необходимо излъчва светлина, наречена продължителност на живота, може да се измери и след това да се обърне до температура с известно калибриране.

За съжаление, това е по-лесно казано, отколкото направено. Проблемът е в това луминисцентни материали са тийнейджърите на молекулярния свят. ако светиш твърде много светлина върху тях, те престават да работят напълно. ако караш ги да правят твърде много работа, те се чупят. Те остаряват бързо, така че връзката между температурата и промените в живота на a ежедневно. Те са като цяло чувствителни.

Тук се получава работата на нашата безстрашна група изследователи интересно. Те са идентифицирали набор от 2D материали (соли) които са добре чувствителни към температурата, но не стареят бързо или изведнъж спрете да работите. Тези материали могат да бъдат рисувани върху предмет на интереси. За да измервате температурата, светете UV лазер обекта и измервайте живота на червеникавото сияние, което идва изключен. Тези измервания могат да бъдат направени със съществуващи системи за камери, като тези, използвани в игралната система Kinect 2.

Бързо и яростно изобразяване на температурата

Изследователите показват, че материалът им осигурява температура разделителна способност от 0.05 ° C – и измерването става бързо. Екипът направи а видео, което показва топлината, приложена от върха за запояване върху проба разпространение и разсейване със 100 кадъра в секунда.

Това е доста забележително постижение. Това каза, подозирам има някои ограничения. Това е сол, така че очаквам, че е така доста чувствителен към влага. Температурният диапазон е относително ограничен; не си представяйте, че можете да използвате това при изгаряне инженерство или върху горещите части на интегрална схема. И очевидно всичко, което искате да представите, трябва да толерира да има сол рисувани върху него.

От друга страна, има цял свят, който трябва да изследваме тук: вие може да използва специални техники за изобразяване, за да следи температурата в още по-малки обеми (помислете за кутии 50 × 50 × 50 nm). Това би ни позволило за косвено проследяване как енергията се движи наоколо в такъв мащаб доста трудно да се справим с: по-малка от макроскопска топлина трансфер, но по-голям от енергия, движещ се около една молекула. Iочаквам да видя повече резултати.

Nature Materials, 2019, DOI: 10.1038 / s41563-019-0416-2 (Относно Дойс)

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: