3D-gedruckte Thermometer ermöglichen einen 4D-Einblick im Mikromaßstab

Digital -3D-gedruckte Thermoelemente ermöglichen eine sehr genaue Messung von Temperatur- und Temperaturänderungen im Zeitverlauf

Forscher haben ein 3D-gedrucktes mikrothermoelektrisches Gerät entwickelt, das eine vierdimensionale (3D-Raum + Zeit) Thermometrie im Mikromaßstab ermöglicht. Diese innovative Methode begegnet den Herausforderungen bei der Erfassung detaillierter Temperaturfelder und bietet gleichzeitig eine höhere räumliche Auflösung von etwa einem Mikrometer. Die 3D-gedruckten, freistehenden Thermoelementsondennetzwerke haben das Potenzial, die Art und Weise, wie wir Joulesche Erwärmung und Verdunstungskühlung in Mikrosystemen wie Mikroelektroden untersuchen, zu verändern.

Thermometrie, die Temperaturmessung, spielt eine entscheidende Rolle beim Verständnis der Thermodynamik physikalischer, chemischer und biologischer Prozesse. Es ist auch für das Wärmemanagement der Mikroelektronik von entscheidender Bedeutung, die im Gesundheitswesen, beim Klimawandel und in anderen Aspekten des täglichen Lebens immer wichtiger wird. Forscher haben kontinuierlich daran gearbeitet, die Empfindlichkeit, räumliche Auflösung und Skalierbarkeit des Thermometers zu verbessern, um bessere Temperaturmessungen, insbesondere in mikroskopischen Systemen, zu ermöglichen.

Thermoelemente (TC) haben sich aufgrund ihrer einfachen Konfiguration und ihres passiven Betriebs als vorteilhaft erwiesen und sorgen für minimale Probenstörungen. Es gab jedoch Herausforderungen bei der Miniaturisierung von TC-Geräten, um eine Thermometrie mit hoher räumlicher Auflösung zu erreichen.

Bisher war eine vierdimensionale Thermometrie im Mikromaßstab aufgrund der technologischen Herausforderungen bei der Herstellung von Thermoelementen in drei Dimensionen nicht möglich.

Die Einführung des 3D-Drucks bei der Herstellung mikrothermoelektrischer Geräte hat die Einschränkungen herkömmlicher Thermoelemente überwunden. Der Bimetall-3D-Druck, der zur Herstellung freistehender Thermoelement-Sondennetzwerke verwendet wird, bietet eine räumliche Auflösung von etwa einem Mikrometer. Dieser Fortschritt ermöglicht die Erforschung von Dynamiken wie Joule-Heizung und Verdunstungskühlung an mikroskaligen Themen wie Mikroelektroden und Wassermenisken.

Darüber hinaus beseitigt die 3D-Drucktechnologie Designbeschränkungen, die durch Herstellungsprozesse auferlegt werden, und ebnet den Weg für die Entwicklung von On-Chip-, freistehenden Mikrosensoren oder mikroelektronischen Geräten. Die neu entdeckte Möglichkeit, 4D-Thermometrie direkt im Mikromaßstab zu messen, hat das Potenzial, den Bereich der Thermodynamik und des Wärmemanagements in verschiedenen Anwendungen, von der wissenschaftlichen Forschung bis zum Alltag, zu revolutionieren.