Crédito:University of Nebraska-Lincoln
"É como uma pequena fornalha."
O engenheiro Ming Han está descrevendo um dos mais novos feitos de sua equipe:um aquecedor a laser, dispositivo de fibra óptica com ponta de silicone que pode se aproximar de 2, 000 graus Fahrenheit, passando da temperatura ambiente para 300 graus em frações de segundo.
E por "minúsculo, "Han significa microscópico - um décimo de milímetro de diâmetro, aproximadamente a espessura de uma folha de papel.
A capacidade de aquecimento do dispositivo pode ser usada em contextos que vão desde o monitoramento de gases de efeito estufa até a preparação de espécimes para pesquisas biológicas e a produção de micro-bolhas para aplicações médicas ou industriais. Ele também atua como um termômetro cujo desempenho em condições de calor extremo permitiria monitorar a temperatura em ambientes exigentes de motores e usinas de energia, Han disse.
“Temos uma estrutura de sensores elegante com um mecanismo de aquecimento muito eficiente, "disse Han, professor associado de engenharia elétrica e da computação. "Em outros dispositivos, o elemento de aquecimento e o elemento sensor de temperatura são geralmente dois elementos diferentes. Aqui, integramos os dois na mesma estrutura minúscula. "
O projeto evoluiu do trabalho anterior de Han em um sensor de temperatura de fibra óptica adequado para oceanografia. Como o novo design, esse sensor apresentava um pilar de silício microscópico preso à extremidade da fibra óptica - fios de vidro flexíveis que transmitem sinais de luz em velocidades extremas. Mas a cola que uniu o silício e a fibra óptica amoleceu a cerca de 200 graus Fahrenheit, restringindo seu uso em temperaturas mais altas.
O dispositivo fino como papel da equipe vai da temperatura ambiente para o fogo branco. Crédito:Optics Letters / Guigen Liu
"Então, tivemos uma descoberta, "Han disse.
Depois de unir novamente a fibra óptica e o pilar de silício com cola, a equipe usou um arco extremamente quente de corrente elétrica - essencialmente um raio contínuo - para fundir outro fio de fibra óptica com o lado oposto do pilar. O processo simultaneamente amoleceu a cola do outro lado e destacou o fio de fibra óptica original, deixando apenas o dispositivo recém-fundido.
De lá, A equipe de Han alimentou dois comprimentos de onda de luz através da fibra óptica - um laser de 980 nanômetros que é absorvido pelo silício, o outro, um comprimento de onda de 1550 nanômetros que passa por ele.
Porque o laser absorvido produz calor, seu poder de controle remoto dita a temperatura do dispositivo. Enquanto isso, os comprimentos de onda mais amplos que entram no silício são parcialmente refletidos pelas duas extremidades do pilar e começam a interferir um com o outro. Esses padrões de interferência mudam com a temperatura do silício, tornando suas leituras um termômetro preciso e responsivo.
Han e o co-designer Guigen Liu, um pesquisador de pós-doutorado em engenharia elétrica e da computação, disse que a capacidade do dispositivo de gerar uma ampla faixa de comprimentos de onda na faixa do infravermelho próximo a distante pode ser especialmente útil na detecção de gases com base em como eles interagem com essas ondas. E a capacidade de medir e ajustar sua temperatura, Han disse, confere ao dispositivo uma versatilidade funcional incomparável pelos microaquecedores existentes.
"Ainda temos muito trabalho a fazer para torná-lo melhor, "disse ele." Mas esta é uma tecnologia muito promissora que tem muitas aplicações interessantes. "
