Flexibler Temperatursensor mit hoher Empfindlichkeit

Internationale Zeitschrift für Extreme Manufacturing

Bild: Das vorbereitete flexible Thermoelement-Temperatursensor-Aerogel-Deckensubstrat verfügt über einen guten Temperaturmessbereich, ist in der Lage, einen langfristig stabilen Betrieb im Temperaturbereich von -30℃~700℃ und eine sofortige Messung im Temperaturbereich von -196℃~1200℃ zu ermöglichen . Der vorbereitete flexible Temperatursensor bietet Vorteile bei der absoluten Temperaturmessung im Vergleich zu anderen flexiblen Temperatursensoren des gleichen Typs. Der flexible Thermoelement-Temperatursensor übernimmt nicht nur die Vorteile des flexiblen Sensors, wie z. B. Anbringung, Anpassbarkeit und einfache Anbringung, sondern überwindet auch die Nachteile des flexiblen Sensors, der hohen Temperaturen nur schwer standhalten kann.mehr sehen

Bildnachweis: Von Zhaojun Liu, Bian Tian, ​​​​Zhuangde Jiang, Shuimin Li, Jiaming Lei, Zhongkai Zhang, Jiangjiang Liu, Peng Shi und Qijing Lin.

Als wichtiger physikalischer Parameter, der den Zustand und die Eigenschaften eines Objekts charakterisiert, spielt die Temperatur in unserem Produktionsleben eine sehr wichtige Rolle. Flexible Dünnschicht-Temperatursensoren mit ihren Vorteilen der Verformungsfähigkeit, der einfachen Anbringung, der Dünnheit und des geringen Gewichts haben viel Aufmerksamkeit und Forschung erhalten, und es wurden systematische Forschungen in den Bereichen der Messung der menschlichen Körpertemperatur und im Alltag durchgeführt Temperatur messung.

Allerdings sind die bestehenden flexiblen Dünnschicht-Temperatursensoren durch das flexible Substrat, temperaturempfindliche Materialien und andere Einschränkungen eingeschränkt, weshalb es schwierig ist, die Temperaturmessung im Hochtemperaturbereich zu erreichen. Bestehende Hochtemperatur-Temperaturmessmittel sind durch die große Größe des Geräts, die Notwendigkeit, die Struktur zu zerstören, das Luftströmungsfeld zu zerstören, Umwelteinflüssen usw. ausgesetzt, und es ist schwierig, eine zerstörungsfreie Echtzeit-Temperaturüberwachung zu erreichen Temperaturfeld. Daher ist es unsere Aufmerksamkeit wert, wie wir die Vorteile flexibler Dünnschichtsensoren aufgrund ihrer Anwendung in Hochtemperaturumgebungen sicherstellen können.

Kürzlich haben Professor Bian Tian, ​​Zhuangde Jiang und sein Kooperationsteam vom Institut für Präzisionstechnik der Fakultät für Maschinenbau der Xi'an Jiaotong-Universität ein Designkonzept für den flexiblen Thermoelement-Temperatursensor auf Basis eines Aerogelfilzsubstrats unter Verwendung der Siebdrucktechnologie vorgeschlagen zur Herstellung von Temperatursensoren mit Indiumoxid und Indiumzinnoxid als temperaturempfindliche Schichten. Da als flexibles Substrat für den Temperatursensor Aerogelmatten mit einem weiten Temperaturbereich gewählt werden, ist es aufgrund der unebenen Oberfläche und Rauheit schwierig, mit dem herkömmlichen Beschichtungsverfahren eine Dünnfilmabscheidung und Funktionalisierung zu realisieren. Daher wurde bei der Herstellung dieses flexiblen Temperatursensors eine Siebdrucktechnik verwendet, um einen dicken Film herzustellen, um die oben genannten Schwierigkeiten zu überwinden.

In der Praxis wird das organische Bindemittel mit funktionellem Pulver vermischt, um die Schlammkonfiguration zu vervollständigen, und dann wird die überschüssige organische Substanz durch eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung aus dem Film entfernt. Gleichzeitig wird die gekrümmte Oberfläche der Folie auf der Grundlage der Vorteile verformbarer und anpassungsfähiger flexibler Materialien für unterschiedliche Anwendungsoberflächen vorbereitet. Die vorbereiteten flexiblen Temperatursensoren können an verschiedenen gekrümmten Oberflächen, beispielsweise an Schaufeln, angebracht werden. Es hat außerdem die Vorteile, dass es ultradünn und ultraleicht ist.

Das Team hat verschiedene Labor- und Praxistests an den vorbereiteten flexiblen Temperatursensoren durchgeführt. Dazu gehören die Echtzeitmessung der Temperatur der Heckflamme eines kleinen Turbinentriebwerks, die transiente Überwachung der Wasserdampftemperatur während einer physikalischen Explosion, die Echtzeitüberwachung des Metallschmelzprozesses in einem Tiegel usw. Die Sensoren zeigen hervorragende Ergebnisse Potenzial für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Stahlmetallurgie und anderen Bereichen. Das Team erwartet außerdem, dass der vorbereitete flexible Sensor weiter optimiert werden kann, um Temperaturmessungen auf der Oberfläche von Turbinenschaufeln, menschlicher Haut und anderen großen Bereichen zu ermöglichen.

Professor Bian Tian, ​​einer der leitenden Forscher, kommentierte: „Es ist überraschend und erfreulich, den vorhandenen flexiblen Temperatursensor zu optimieren und den Temperaturbereich erheblich zu erweitern. Aber diese Arbeit hat gerade erst begonnen und es müssen noch viele Verbesserungen und Optimierungen vorgenommen werden.“ in der Stabilität und Genauigkeit der Temperaturmessung.“

Dr. Zhaojun Liu ist der erste, der die bestehende Herstellungsverfahrensmethode, die auf herkömmliche flexible Temperatursensoren angewendet wird, auf flexible Hochtemperaturtemperatursensoren überträgt. Für die tatsächlich flexible Substrat- und Anwendungsumgebung optimierte und verbesserte er den Vorbereitungsprozess. Er realisierte erfolgreich die Temperaturerkennung eines flexiblen Temperatursensors unter Hochtemperaturbelastung wie Muffelofen und Hochleistungslaser. Dieser neuartige flexible Temperatursensor stellt einen Durchbruch gegenüber den herkömmlichen flexiblen Sensoranwendungen dar und öffnet die Tür zu Hochtemperatur-Feldanwendungsszenarien.

Dr. Jiangjiang Liu sagte: „Dies ist eine bahnbrechende Errungenschaft und erst der Anfang. Auf der Grundlage des erfolgreichen Designs und der Vorbereitung flexibler Hochtemperatursensoren wird dieser eine gute Referenz für andere Arten flexibler Sensoren wie z Drucksensor und flexibler thermischer Durchflusssensor und hoffen, in Zukunft das hochintegrierte Design und die Vorbereitung eines flexiblen Hochtemperatursensors zu erreichen.

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10.1088/2631-7990/aca44d

Flexibler Temperatursensor mit hoher Empfindlichkeit im Bereich von Flüssigstickstofftemperaturen bis 1200 °C

29.11.2022

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