传感器开发能够运行在高温和在极端环境中

极端环境中若干关键行业,航空航天、能源、交通和国防,要求传感器测量和监控众多因素在严酷的条件下,确保人类的机械系统的安全性和完整性。

在石化行业,例如,管道压力必须被监控在北极附近的气候从炎热的沙漠热到冷。各种核反应堆运作的范围300 - 1000摄氏度,而深层地热水井有温度高达600摄氏度。

现在休斯顿大学的一个研究小组已经开发出一种新的传感器,证明工作在温度高达900摄氏度或1650华氏度,也就是温度镁铁质火山熔岩,地球上最热的类型的熔岩喷发。

“高度敏感、可靠和持久的传感器,能够容忍这种极端环境效率是必要的,这些应用程序的维护和完整性,”Jae-Hyun说着你,机械工程学副教授呃,通讯作者发表在《先进功能材料》杂志上的一项研究。

这篇文章,杂志的封面,标题是“压电传感器操作在高温和极端环境的灵活Ultrawide-Bandgap单个水晶薄膜。”

使它工作

呃研究团队之前开发的III-N压电压力传感器使用单个水晶氮化镓,恶劣的环境应用程序或氮化镓薄膜。然而,传感器的敏感性降低,温度高于350摄氏度,这是高于传统传感器由锆钛酸铅、钛),但只是轻微。

团队相信敏感性的下降是由于能带——激发一个电子所需要的最低能量和供应导电性,路不够宽。为了测试假说,他们开发了一个传感器与氮化铝或AlN。

“假说被证明传感器操作大约1000摄氏度,这是最高操作温度在压电传感器,“不结盟运动Kim表示这篇文章的第一作者和博士后学生使用着你的组。

虽然AlN和甘都有独特而优良性能适用于传感器的极端环境中,研究者们兴奋地发现AlN提供更广泛的能带和更高的温度范围。然而,团队必须应对技术挑战涉及的合成和制造高质量、灵活的薄膜AlN。

“我一直感兴趣的设备使用不同的材料,和我喜欢描述各种材料。着你组的工作,特别是在压电设备和III-N材料,我可以用我学到的知识在我的研究中,”金说,他获得了材料科学与工程博士学位从2022年的哦。他的获奖论文在柔性压电传感器对个人卫生保健和极端环境中。

“这是非常有趣的过程导致实际结果,我们解决了技术上的挑战在传感器的开发和示范,”他补充道。

接下来是什么?

现在,研究人员已经成功地展示了潜在的AlN的高温压电传感器,他们将进一步测试它在实际恶劣的条件。

“我们的计划是使用传感器在几个严厉的场景。例如,在核电站中子的曝光和测试在高压储氢,”着你说。“AlN传感器可以在neutron-exposed大气压和在高压运行范围由于其稳定的材料特性。”

传感器提供了额外的灵活性优势,对未来的应用将使它有用的形式可穿戴传感器在个人卫生保健监测产品和用于precise-sensing柔软的机器人。

研究者们期待他们成为商业上可行、传感器在未来。“很难给当可能具体日期,但是我认为这是我们的工程师的工作,使其尽快发生,”金说。

参考:金镍,Yarali M,尹浩然,Moradnia。压电传感器操作在高温和极端环境的灵活Ultrawide-Bandgap单个水晶薄膜放置功能。板牙,10/2023)。阿德Func垫。2023;33 (10):2370056。doi:10.1002 / adfm.202370056

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