점성 유체에 대한 울트라와이드 측정이 가능합니다.

CAS 창춘광학연구소 정밀기계물리학 광출판센터

이미지: *더보기

출처: Yumeng Luo, Gaofei Lu, Qi Wang, Zhiqin Chu 및 Kwai Hei Li 제작

기존 점도계는 모세관 흐름에 의존하며 낙하구는 넓은 범위에 걸쳐 유체 점도를 측정하는 간단하고 효과적인 수단입니다. 그러나 측정 처리량이 낮고 실시간 모니터링 기능이 부족하여 적용 범위가 제한됩니다. 예를 들어, 모세관 기구는 고점도 유체의 흐름을 평가하는 데 몇 시간이 걸립니다. 회전 점도계는 시료 유체에서 스핀들을 회전시키는 데 필요한 토크 측정을 기반으로 합니다. 이는 다양한 점도에 반응할 수 있지만 부피가 크고, 비싸며, 많은 양의 유체가 필요하다는 단점이 있습니다.

특정 점도 범위에서 유체 점도에 대한 민감도를 높이기 위해 마이크로 채널을 사용한 액적 기반 미세 유체 접근 방식, 부유 마이크로 채널 공진기, 진동 캔틸레버 및 압전 공진기와 같은 고급 접근 방식이 제안되었습니다. 그러나 광범위한 실시간 측정이 가능한 소형의 저비용 점도계를 개발하는 것은 여전히 ​​어려운 과제로 남아 있습니다.

Light: Advanced Manufacturing에 발표된 새로운 논문에서 Southern University of Science and Technology의 Kwai Hei Li 교수가 이끄는 과학자 팀은 칩 크기의 GaN 광학 장치를 구부릴 수 있는 스트립과 통합하는 독특한 점도계 디자인을 개발했습니다.

가능한 방법 중에서 광섬유 기술을 기반으로 한 점도 측정이 점점 더 주목을 받고 있습니다. 이는 센싱 헤드가 컴팩트한 구조, 빠른 응답, 전자기 간섭에 대한 내성을 갖춘 장점 때문입니다. 중공 모세관, 점도에 민감한 형광 프로브 및 장주기 섬유 격자와 같은 수정된 구조를 사용한 광섬유 프로빙이 시연되었습니다. 이들의 구현은 외부 발광 및 감지 장치와 광 결합에 사용되는 광학 요소 조립에 크게 의존합니다.

광학 핀셋과 간섭계 프로브를 기반으로 한 비접촉 측정을 통해 적은 샘플 소비로 정확한 점도 측정이 가능하지만 복잡하고 값비싼 현미경 설정이 필요한 경우가 많습니다. GaN 반도체와 그 합금은 높은 효율, 긴 수명, 높은 물리적 안정성으로 인해 발광소자 개발에 이상적인 플랫폼으로 여겨져 왔습니다. 최근에는 동일한 GaN 플랫폼에 통합하기 위해 검출기 및 도파관과 같은 다른 광학 장치가 제안되었습니다. 또한, 온칩 가시광 통신과 같은 응용이 실현되었습니다.

요약하면, 구부릴 수 있는 스트립과 GaN 광학 장치를 통합하여 소형화된 점도계를 설계했습니다. 진동 주파수, 길이, 스트립의 침수 깊이를 포함한 점도계의 작동 및 구조 매개변수가 최적화되었습니다. 다양한 두께의 스트립 3개를 갖춘 점도계는 100~106mPa∙s의 매우 넓은 점도 범위를 나타냈습니다. 21,000사이클 이상의 높은 안정성 외에도 다양한 점도의 실제 유체를 구별하는 능력과 경화 시간에 따른 엘라스토머의 실시간 모니터링이 입증되었습니다. 이는 실제 응용 분야에서 다양한 유체의 신속한 분석을 위해 제안된 점도계의 잠재력을 입증합니다.

빛: 첨단 제조

10.37188/lam.2023.002

부인 성명: AAAS 및 EurekAlert! EurekAlert에 게시된 보도 자료의 정확성에 대해 책임을 지지 않습니다! 기부 기관을 통해 또는 EurekAlert 시스템을 통해 정보를 사용하기 위해.