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改变温度成像研究人员正着力研发纳米温度计

时间:2022-04-21 来源网站:遂宁化工机械网

改变温度成像?研究人员正着力研发纳米温度计

自然界中的一切物体,无论是北极冰川,还是火焰、人体,甚至极寒冷的宇宙深空,只要它们的温度高于绝对零度-273℃,都会有红外辐射,这是由于物体内部分子热运动的结果。其辐射能量正比于自身温度的四次方成正比,辐射出的波长与其温度成反比。红外成像技术就是根据探测到的物体的辐射能量的高低。经系统处理转变为目标物体的热图像,以灰度级或伪彩色显示出来,即得到被测目标的温度分布从而判断物体所处的状态。因此探测物体发射的热量的高低是红外热成像技术的与生俱来的基因。

热成像是通过非接触探测红外能量(热量),并将其转换为电信号,进而在显示器上生成热图像和温度值,并可以对温度值进行计算的一种检测设备。

近日,笔者了解到,美国国家标准与技术研究院(NIST)正在进行一项新项目(《国际磁性粒子成像杂志》,“用于纳米级测温的胶体磁性粒子的设计和工程”)。

NIST的研究人员正处于大规模设计和建造微型超灵敏温度计的初期。如果他们成功了,他们的系统将是第一个以不透明的3D体积在微观尺度上实时测量温度的系统-其中可能包括医疗植入物,冰箱甚至人体。

该项目称为热磁成像与控制(Thermal MagIC),研究人员说,它可能会改变许多领域的温度测量,例如生物学、医学、化学合成、制冷、汽车工业、塑料生产等等。“温度在任何地方都起着相当大的作用。 NIST的物理学家辛迪·丹尼斯(Cindi Dennis)说道,“关键的作用到处都是。”

此外,我们要知道,无论是客厅中的恒温器,还是科学家用于实验室测量的高精度标准仪器,当今使用的大多数温度计只能测量相对较大的区域-宏观而非微观。这些传统的温度计也是侵入式的,需要传感器穿透被测系统并通过笨重的电线连接至读数系统。

红外温度计,例如许多医生办公室使用的额头仪器,具有较低的侵入性。但是它们仍然仅进行宏观测量,看不到表面下方。

Dennis说,Thermal MagIC应该让科学家们克服这两个限制。

工程师们可以首次使用Thermal MagIC研究微观尺度上不同冷却剂之间的传热过程,这有助于他们寻求更便宜,耗能更少的制冷系统。

NIST团队现在已经完成了为这个独特项目建造定制化实验室空间的工作,并且已经开始了实验的第一个主要阶段。

Thermal MagIC将通过使用磁性信号随温度变化的纳米尺寸物体来工作。这些物体将被掺入正在研究的液体或固体中-熔化的塑料可用作人工关节置换的一部分,或者液体冷却剂通过冰箱再循环。然后,一个遥感系统将拾取这些磁信号,这意味着正在研究的系统将没有电线或其他笨重的外部物体。

他们计划使用最先进的技术来增强信号。例如,伍兹可以使用超导量子干扰设备(SQUID),测量磁场中非常细微变化的低温传感器,或者使用原子磁力计来检测外部磁场如何改变原子的能级。伍兹正在研究最适合使用哪种方法,以及如何将它们集成到检测系统中。

该项目的最后一部分是确保测量结果可溯源到NIST物理学家Wes Tew领导的SI。这将涉及在标准仪器同时测量的不同温度下测量纳米温度计的磁信号。

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