高感度のフレキシブル温度センサー

エクストリーム・マニュファクチャリングの国際ジャーナル

画像：準備されたフレキシブル熱電対温度センサーエアロゲルブランケット基板は良好な温度測定範囲を持ち、-30℃～700℃の温度範囲で長期安定動作、-196℃～1200℃の温度範囲で瞬時測定が可能。 準備されたフレキシブル温度センサーは、同じタイプの他のフレキシブル温度センサーと比較して、絶対温度測定の利点があります。 フレキシブル熱電対温度センサは、取り付け可能、適合性、取り付けが容易であるなどのフレキシブルセンサの利点を継承するだけでなく、高温に耐えるのが難しいフレキシブルセンサの欠点も克服します。もっと見る

クレジット: Zhaojun Liu、Bian Tian、Zhuangde Jiang、Shuimin Li、Jiaming Lei、Zhongkai Zhang、Jiangjiang Liu、Peng Shi、Qijing Lin 著。

温度は、物体の状態と特性を特徴付ける重要な物理パラメータとして、私たちの生産生活において非常に重要な役割を果たします。 フレキシブルな薄膜温度センサーは、変形可能、取り付けが簡単、薄くて軽いなどの利点を備え、多くの注目と研究が行われており、人体の体温測定や日常生活の分野で体系的な研究が行われています。温度測定。

しかし、既存のフレキシブル薄膜温度センサはフレキシブル基板や感温材料などの制約があり、高温領域での温度測定を実現することが困難でした。 既存の高温温度測定手段は、装置のサイズが大きいこと、構造の破壊の必要性、気流場の破壊の必要性、環境干渉の影響を受けることなどによって制限されており、温度の非破壊リアルタイム温度監視を達成することは困難です。温度フィールド。 したがって、高温環境でのアプリケーションに基づいたフレキシブル薄膜センサーの利点をどのように確保するかは、私たちの注目に値します。

最近、西安交通大学機械工学部精密工学研究所のBian Tian教授、Zhuangde Jiang教授と彼の共同チームは、スクリーン印刷技術を使用し、エアロゲルフェルト基板をベースとしたフレキシブル熱電対温度センサーの設計コンセプトを提案した。感温層として酸化インジウムと酸化インジウムスズを使用した温度センサーを準備します。 温度センサー用のフレキシブル基板として温度範囲の広いエアロゲルマットが選ばれているため、表面の凹凸や粗さから従来のコーティングプロセスでは薄膜成膜や機能化が困難でした。 したがって、このフレキシブル温度センサーの製造では、スクリーン印刷技術を使用して厚いフィルムを作成し、上記の問題を克服しました。

実際には、有機バインダーを機能性粉末と混合してスラリー構成を完成させ、その後、高温熱処理を使用してフィルムから余分な有機物を除去します。 同時に、さまざまな貼り付け面に合わせて、変形可能で形状に適合する柔軟な素材の利点に基づいてフィルムの曲面が作成されます。 準備された柔軟な温度センサーは、ブレードなどのさまざまな曲面に取り付けることができます。 また、超薄型、超軽量であるという利点もあります。

チームは、準備したフレキシブル温度センサーに対してさまざまな実験室テストと実践テストを実施しました。 これらには、小型タービン エンジンのテール ジェット火炎の温度のリアルタイム測定、物理的爆発中の水蒸気温度の過渡監視、るつぼ内の金属溶解プロセスのリアルタイム監視などが含まれます。センサーは優れた結果を示します。航空宇宙、鉄鋼冶金、その他の分野での応用の可能性。 研究チームはまた、準備された柔軟なセンサーをさらに最適化して、タービンブレードの表面、人間の皮膚、その他の広い領域の温度測定を実現できると期待しています。

主任研究者の一人であるビアン・ティアン教授は、「既存のフレキシブル温度センサーを最適化し、温度範囲を大幅に拡大することは驚くべきことであり、喜ばしいことである。しかし、この研究は始まったばかりであり、まだ多くの改善と最適化が必要である」とコメントした。温度測定の安定性と精度において。」

Zhaojun Liu博士は、従来のフレキシブル温度センサーに適用されている既存の準備プロセス方法を、高温フレキシブル温度センサーに初めて応用しました。 実際のフレキシブル基板とアプリケーション環境に合わせて、準備プロセスを最適化および改善しました。 マッフル炉や高出力レーザーなどの高温負荷下でのフレキシブル温度センサーによる温度検出の実現に成功しました。 この斬新なフレキシブル温度センサーは、従来のフレキシブルセンサーアプリケーションからのブレークスルーを実現し、高温現場でのアプリケーションシナリオへの扉を開きます。

Jiangjiang Liu博士は、「これは画期的な成果であり、まだ始まりにすぎない。フレキシブル高温センサーの設計と準備の成功に基づいて、フレキシブル高温センサーなどの他の種類のフレキシブルセンサーの良い参考になるだろう」と述べた。圧力センサーとフレキシブル熱流量センサーを統合し、将来的には高温フレキシブルセンサーの高度に統合された設計と準備を実現したいと考えています。」

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液体窒素温度から 1200 °C までの高感度を備えたフレキシブル温度センサー

2022 年 11 月 29 日

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