Bezprzewodowy kryształ rewolucyjnym czujnikiem temperatury

Bezprzewodowy kryształ rewolucyjnym czujnikiem temperatury

Naukowcy z Oxford University skonstruowali bezprzewodowe czujniki temperatury, które mogą zostać umieszczone praktycznie wszędzie i odpytywane zdalnie.

Same czujniki są zasadniczo po prostu zmodyfikowanymi kryształami, które mierzą temperaturę rozszczepiając światło. Zakres ich działania obejmuje temperatury od -120 stopni Celsjusza do plus 680 stopni Celsjusza.

„Kluczem jest to, że kryształy mogą być gdziekolwiek w obszarze pomiaru temperatury.” – stwierdził Mike Glazer z Oxford University. „Możemy wpompowywać światło skądkolwiek i odpytywać skądkolwiek; bez przewodów i dużej odległości.” – dodał.

Zjawisko podwójnego załamania, w którym anizotropowy kryształ rozszczepia światło na dwa oddzielne promienie, jest skomplikowane, ale dobrze opisane.

Już dawniejsze badania pokazały, że skala tego zjawiska zmienia się w zależności od temperatury kryształu. Stąd, w teorii, możliwe było skalibrowanie takich kryształów pod kątem bardzo precyzyjnego pomiaru temperatury.

Jednakże, wykorzystanie podwójnego załamania w ten sposób nastręcza w praktyce nie lada trudności. Zdolność do pomiaru temperatury dwójłomnych kryształów jest zakłócana przez grubość i zorientowanie kryształu. Problem ten podraża produkcję i kalibrację takich kryształów, czyniąc je w dodatku bezużytecznymi w sytuacji, gdzie, na przykład, wibracje mogłyby zmienić ułożenie kryształu.

Glazer razem z kolegami z Warwick University wymyślili zupełnie nietypowe rozwiązanie wykorzystujące nowatorski kryształ syntetyczny lit-tantalan, który w stanie spoczynku jest praktycznie pozbawiony cechy dwójłomności, pozostając optycznie izotropowym, trochę jak szkło.

Jednakże, zmiany temperatury indukują w tych materiałach szybki wzrost dwójłomności, który jest praktycznie niezależny od ułożenia i grubości kryształu. Dzięki temu rozwiązanie takie jest tańsze i odporne na wibracje.

„Pokazaliśmy bardzo proste rozwiązanie, dzięki któremu możemy mierzyć zmiany temperatury z dokładnością do milikelwinów, a jestem przekonany, że wkrótce możliwe będzie mierzenie z dokładnością do mikrokelwinów.” – stwierdził Glazer.

Dzięki precyzji i elastyczności tego systemu, mógłby on, według Glazera, znaleźć całą gamę zastosowań, szczególnie tam, gdzie obecne są elektryczne i magnetyczne zakłócenia.

Rozwiązanie to jest szczególnie interesujące w kontekście rezonansu magnetycznego (MRI), który ma wpływ na temperaturę ludzkiego ciała, który nie został jeszcze w pełni wytłumaczony.

Nowy czujnik mógłby również znaleźć zastosowanie na dnie szybów naftowych, gdzie obecnie do pomiaru temperatury wykorzystuje się bardzo długie światłowody.

(lk)