Os engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison tornaram possível determinar remotamente a temperatura abaixo da superfície de certos materiais usando uma nova técnica que eles chamam de termografia de profundidade. O método pode ser útil em aplicações onde as sondas de temperatura tradicionais não funcionam, como monitorar o desempenho de semicondutores ou reatores nucleares de próxima geração.

Muitos sensores de temperatura medem a radiação térmica, a maioria dos quais está no espectro infravermelho, saindo da superfície de um objeto. Quanto mais quente o objeto, quanto mais radiação emite, que é a base para dispositivos como câmeras de imagem térmica.

Termografia de profundidade, Contudo, vai além da superfície e trabalha com uma determinada classe de materiais que são parcialmente transparentes à radiação infravermelha.

"Podemos medir o espectro de radiação térmica emitida pelo objeto e usar um algoritmo sofisticado para inferir a temperatura não apenas na superfície, mas também por baixo da superfície, dezenas a centenas de mícrons em, "diz Mikhail Kats, um professor de engenharia elétrica e da computação da UW-Madison. "Somos capazes de fazer isso com precisão e precisão, pelo menos em alguns casos. "

Kats, seu pesquisador associado Yuzhe Xiao e colegas descreveram a técnica nesta primavera no jornal ACS Photonics .

Para o projeto, a equipe aqueceu um pedaço de sílica fundida, um tipo de vidro, e analisou usando um espectrômetro. Eles então mediram as leituras de temperatura de várias profundidades da amostra usando ferramentas computacionais previamente desenvolvidas por Xiao nas quais ele calculava a radiação térmica emitida por objetos compostos de vários materiais. Trabalhando para trás, eles usaram o algoritmo para determinar o gradiente de temperatura que melhor se ajusta aos resultados experimentais.

Kats diz que esse esforço específico foi uma prova de conceito. Em trabalho futuro, ele espera aplicar a técnica a materiais multicamadas mais complicados e aplicar técnicas de aprendizado de máquina para melhorar o processo. Eventualmente, Kats quer usar a termografia de profundidade para medir dispositivos semicondutores para obter insights sobre as distribuições de temperatura à medida que operam.

Essa não é a única aplicação potencial da técnica. Este tipo de perfil de temperatura 3-D também pode ser usado para medir e mapear nuvens de gases e líquidos em alta temperatura.

"Por exemplo, prevemos relevância para reatores nucleares de sal fundido, onde você quer saber o que está acontecendo em termos de temperatura do sal ao longo do volume, "diz Kats." Você quer fazer isso sem aderir a sondas de temperatura que podem não sobreviver a 700 graus Celsius por muito tempo. "

Ele também diz que a técnica pode ajudar a medir a condutividade térmica e as propriedades ópticas de materiais sem a necessidade de conectar sondas de temperatura.

"Este é um completamente remoto, forma sem contato de medir as propriedades térmicas dos materiais de uma forma que você não poderia fazer antes, "Kats diz.