科學(xué)家使用一種稱之為深度熱像儀的新技術(shù)，使得遠(yuǎn)程確定某些材料表面以下的溫度成為可能。這種方法在傳統(tǒng)溫度探頭不起作用的應(yīng)用中可能很有用，比如監(jiān)測半導(dǎo)體性能或下一代核反應(yīng)堆。

許多溫度傳感器測量物體表面發(fā)出的熱輻射，其中大部分在紅外光譜中。物體越熱，發(fā)出的輻射就越多，這是熱成像相機(jī)等小玩意的基礎(chǔ)。

然而，深度熱像儀超越了表面，它使用的是對(duì)紅外線部分透明的特定類別材料。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授米哈伊爾·卡茨(Mikhail Kats)表示：我們可以測量物體發(fā)出的熱輻射光譜，并使用一種復(fù)雜的算法來推斷溫度，不僅是表面上的溫度，還包括幾十微米到數(shù)百微米表面下的溫度，我們能夠準(zhǔn)確地做到這一點(diǎn)，至少在某些情況下是這樣，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《ACS光子學(xué)》期刊上。

在研究加熱了一塊熔融二氧化硅(一種玻璃)，并使用光譜儀對(duì)其進(jìn)行了分析。然后使用之前開發(fā)的計(jì)算工具測量了樣品不同深度的溫度讀數(shù)，在這些工具中，計(jì)算了由多種材料組成物體發(fā)出的熱輻射，然后使用該算法來確定最符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的溫度梯度。這一特別的努力研究是對(duì)概念的證明，在未來的研究中，研究人員希望將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于更復(fù)雜的多層材料，并希望應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來改進(jìn)這一過程。

遠(yuǎn)程無需探頭

最終使用深度熱像儀來測量半導(dǎo)體器件，以深入了解它們?cè)谶\(yùn)行時(shí)的溫度分布。這并不是這項(xiàng)技術(shù)唯一的潛在應(yīng)用，這種類型的三維溫度剖面，也可以用來測量和繪制高溫氣體和液體的云圖。例如，研究預(yù)計(jì)與熔鹽核反應(yīng)堆有關(guān)，在那里你想知道整個(gè)體積內(nèi)鹽的溫度發(fā)生了什么，在不卡住溫度探頭的情況下做到這一點(diǎn)，因?yàn)闇囟忍筋^在700攝氏度的溫度下存在時(shí)間不是很長。

這項(xiàng)技術(shù)可以幫助測量材料的熱導(dǎo)率和光學(xué)特性，而不需要附加溫度探頭。這是一種完全遠(yuǎn)程、非接觸式測量材料熱物性的方法，這是以前做不到的。這是一種基于紅外熱發(fā)射的深度熱成像技術(shù)，它可以遠(yuǎn)程測量特定物體表面下的溫度分布。深度熱像儀利用目標(biāo)物體半透明光譜區(qū)的熱發(fā)射光譜來提取其溫度作為深度的函數(shù)，而傳統(tǒng)熱像儀是使用光譜積分的熱發(fā)射功率來測量表面溫度。

再加上二維成像，例如使用紅外高光譜相機(jī)或掃描單像素光譜儀，這種技術(shù)可以產(chǎn)生體積溫度分布。并在一個(gè)非對(duì)稱加熱的熔融石英窗口上進(jìn)行了概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，提取了整個(gè)樣品的溫度分布。深度熱成像可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微觀物體（如多層電子器件或液體和氣體的宏觀體積）的非接觸式體積溫度測量，以及同時(shí)對(duì)材料的光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)進(jìn)行全光學(xué)測量。

博科園｜研究/來自：威斯康星大學(xué)麥迪遜分校

參考期刊《ACS光子學(xué)》

DOI: 10.1021/acsphotonics.9b01588

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