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極限測(cè)溫超過兩千度的超高溫傳感器山東大學(xué)研制
來源： 作者： 發(fā)布日期：2021-08-06 訪問次數(shù)：1732
近日，據(jù)山東大學(xué)消息，該校晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陶緒堂教授、賈志泰教授，與光學(xué)高等研究中心趙顯教授及中北大學(xué)王高教授合作，通過第一性原理計(jì)算輔助材料設(shè)計(jì)，并利用激光加熱基座技術(shù)成功制備出高熔點(diǎn)(>2100 ℃)、大長(zhǎng)徑比的尖晶石結(jié)構(gòu)MgAl2O4及其格位摻雜的系列單晶光纖，并將其作為超聲波導(dǎo)光纖成功研制出測(cè)溫極限>2000℃的抗氧化高溫傳感器，為惡劣環(huán)境下超高溫探測(cè)開辟了嶄新的發(fā)展思路和技術(shù)途徑。相關(guān)研究成果發(fā)表于材料科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Advanced Functional Materials。
在化石能源、核能利用以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，通常會(huì)面臨高溫、高壓、強(qiáng)氧化、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)電磁干擾等惡劣作業(yè)環(huán)境。對(duì)該環(huán)境下溫度的長(zhǎng)時(shí)間原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠?yàn)檠b備健康狀態(tài)監(jiān)控以及技術(shù)優(yōu)化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，是亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)難題，并列入“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能傳感器”重點(diǎn)專項(xiàng)。
研究團(tuán)隊(duì)將抗氧化的MgAl2O4不同型號(hào)單晶光纖與超聲波導(dǎo)測(cè)溫技術(shù)相結(jié)合，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)貴金屬熱電偶測(cè)溫技術(shù)在強(qiáng)氧化環(huán)境中穩(wěn)定性較差、成本高等的材料短板，以及紅外測(cè)溫技術(shù)背景輻射干擾大、難以精準(zhǔn)探查物體內(nèi)部溫度等局限性。
該研究工作通過設(shè)計(jì)晶體光纖的格位組分和結(jié)晶取向，優(yōu)化了單晶光纖的高溫聲學(xué)特性，大幅提升了傳感器的靈敏度及分辨率。該高溫傳感器在500℃下的溫度分辨率為1℃，1200℃下的溫度分辨率可達(dá)0.74℃，其性能隨溫度升高呈明顯上升趨勢(shì)，展現(xiàn)出該材料體系在超高溫環(huán)境下的巨大應(yīng)用潛力。
了解，晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室目前是由材料學(xué)、凝聚態(tài)物理兩個(gè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科和材料科學(xué)與工程、物理學(xué)、化學(xué)三個(gè)一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)支撐的高層次人才培養(yǎng)基地以及上、中、下游緊密銜接的科技成果輻射基地。主要研究方向是功能晶體材料及其制備技術(shù)的研究;晶體物理性能及相關(guān)器件的研究;低維材料的制備及相關(guān)器件的研究;晶體生長(zhǎng)過程和晶體基礎(chǔ)理論研究等。
晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的陶緒堂教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于氧化物單晶光纖的制備與應(yīng)用技術(shù)研究。陶緒堂教授提倡從體塊晶體到微納米晶體，從材料、器件到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的多維度、全鏈條研究理念。提出了從具有Λ型電荷轉(zhuǎn)移分子中探索非線性光學(xué)材料的思想，首次在有機(jī)高分子非線性光學(xué)材料中實(shí)現(xiàn)了雙折射位相匹配。開辟了從有機(jī)金屬絡(luò)合物高分子中探索非線性光學(xué)和電致發(fā)光復(fù)合材料的新領(lǐng)域，并首次報(bào)道了多分支高分子電致發(fā)光材料。
在化石能源、核能利用以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，通常會(huì)面臨高溫、高壓、強(qiáng)氧化、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)電磁干擾等惡劣作業(yè)環(huán)境。對(duì)該環(huán)境下溫度的長(zhǎng)時(shí)間原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠?yàn)檠b備健康狀態(tài)監(jiān)控以及技術(shù)優(yōu)化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，是亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)難題，并列入“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能傳感器”重點(diǎn)專項(xiàng)。
研究團(tuán)隊(duì)將抗氧化的MgAl2O4不同型號(hào)單晶光纖與超聲波導(dǎo)測(cè)溫技術(shù)相結(jié)合，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)貴金屬熱電偶測(cè)溫技術(shù)在強(qiáng)氧化環(huán)境中穩(wěn)定性較差、成本高等的材料短板，以及紅外測(cè)溫技術(shù)背景輻射干擾大、難以精準(zhǔn)探查物體內(nèi)部溫度等局限性。
該研究工作通過設(shè)計(jì)晶體光纖的格位組分和結(jié)晶取向，優(yōu)化了單晶光纖的高溫聲學(xué)特性，大幅提升了傳感器的靈敏度及分辨率。該高溫傳感器在500℃下的溫度分辨率為1℃，1200℃下的溫度分辨率可達(dá)0.74℃，其性能隨溫度升高呈明顯上升趨勢(shì)，展現(xiàn)出該材料體系在超高溫環(huán)境下的巨大應(yīng)用潛力。
了解，晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室目前是由材料學(xué)、凝聚態(tài)物理兩個(gè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科和材料科學(xué)與工程、物理學(xué)、化學(xué)三個(gè)一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)支撐的高層次人才培養(yǎng)基地以及上、中、下游緊密銜接的科技成果輻射基地。主要研究方向是功能晶體材料及其制備技術(shù)的研究;晶體物理性能及相關(guān)器件的研究;低維材料的制備及相關(guān)器件的研究;晶體生長(zhǎng)過程和晶體基礎(chǔ)理論研究等。
晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的陶緒堂教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于氧化物單晶光纖的制備與應(yīng)用技術(shù)研究。陶緒堂教授提倡從體塊晶體到微納米晶體，從材料、器件到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的多維度、全鏈條研究理念。提出了從具有Λ型電荷轉(zhuǎn)移分子中探索非線性光學(xué)材料的思想，首次在有機(jī)高分子非線性光學(xué)材料中實(shí)現(xiàn)了雙折射位相匹配。開辟了從有機(jī)金屬絡(luò)合物高分子中探索非線性光學(xué)和電致發(fā)光復(fù)合材料的新領(lǐng)域，并首次報(bào)道了多分支高分子電致發(fā)光材料。
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