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不惧1000℃高温,新型压电传感器能在极端环境下工作

作者:www.cechina.cn2023.05.25阅读 3030

  工业传感器通过收集和传输各种信息,可以实现生产线上的实时监测和控制,有助于提高生产效率,降低成本和保障产品质量。而在航空航天、能源、运输和国防等关键行业需要能在极端环境下工作的传感器,以测量和监测多种因素,确保人身安全和机械系统的完整性。
  在石化工业中,传感器设备需要在从炎热的沙漠高温到接近北极寒冷的气候范围内进行管道压力监测;在核电站中,各种核反应堆在300-1000摄氏度的范围内运行,进行中子暴露和氢储存以在高压下进行测试;深地热井的温度亦高达 600摄氏度。这些涉及极端环境作业的关键行业领域,无不需要特制的传感器用于在恶劣的条件下进行测量和监控众多因素,以确保作业人员的安全和机械系统设备的完好性。
  美国科学家开发出一种新型氮化铝传感器,并证实其可以在高达900℃的高温下工作。相关研究被最新一期《先进功能材料》杂志选为封面文章。
  
  图片来源:休斯顿大学官网
  休斯顿大学研究团队之前开发出了III-N压电传感器,该传感器由单晶氮化镓薄膜制成,但在温度高于350℃时,其灵敏度会降低。灵敏度的下降是由于带隙(激发电子并提供导电性所需的最小能量)不够宽。为此他们研制出一种氮化铝传感器,并证明其能在1000℃左右的高温下工作,这是压电传感器中最高的工作温度。
  该新型传感器除了能在高温下工作外,还具有很好的柔韧性,未来可用于研制可穿戴传感器,在个人医疗和精确传感软体机器人领域大显身手。
  研究团队表示,虽然氮化铝和氮化镓都具有独特而优异的性能,适用于研制能在极端环境下工作的传感器,但氮化铝提供了更宽的带隙和更高的温度范围。他们计划在现实世界的恶劣条件下进一步测试新传感器的性能,如在核电站测试其在高压下的工作潜力。