Crédito:Universidad de Nebraska-Lincoln
"Es como un pequeño horno".
El ingeniero Ming Han describe una de las hazañas más recientes de su equipo:un dispositivo de fibra óptica con punta de silicona que puede acercarse a 2, 000 grados Fahrenheit, pasando de temperatura ambiente a 300 grados en fracciones de segundo.
Y por "diminuto, "Han significa microscópico:un décimo de milímetro de diámetro, aproximadamente del grosor de una hoja de papel.
La capacidad de calentamiento del dispositivo podría encontrar uso en contextos que van desde el monitoreo de gases de efecto invernadero hasta la preparación de muestras para la investigación biológica y la producción de microburbujas para aplicaciones médicas o industriales. También actúa como un termómetro cuyo desempeño a calor extremo le permitiría monitorear la temperatura en los exigentes ambientes de motores y centrales eléctricas. Dijo Han.
"Tenemos una elegante estructura de sensor con un mecanismo de calentamiento muy eficiente, "dijo Han, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática. "En otros dispositivos, el elemento calefactor y el elemento sensor de temperatura son generalmente dos elementos diferentes. Aquí, hemos integrado ambos en la misma estructura diminuta ".
El diseño evolucionó a partir del trabajo anterior de Han en un sensor de temperatura de fibra óptica adecuado para la oceanografía. Como el nuevo diseño, ese sensor presentaba un pilar de silicio microscópico unido al extremo de la fibra óptica:hebras de vidrio flexibles que transmiten señales de luz a velocidades extremas. Pero el pegamento que unía el silicio y la fibra óptica se ablandaría aproximadamente a 200 grados Fahrenheit, restringiendo su uso a temperaturas más altas.
El dispositivo delgado como el papel del equipo pasa de temperatura ambiente a candente. Crédito:Optics Letters / Guigen Liu
"Entonces tuvimos un gran avance, "Han dijo.
Después de unir nuevamente el pilar de fibra óptica y silicio con pegamento, El equipo utilizó un arco de corriente eléctrica extremadamente caliente, esencialmente un rayo sostenido, para fusionar otro hilo de fibra óptica con el lado opuesto del pilar. El proceso suavizó simultáneamente el pegamento en el otro lado y separó el hilo de fibra óptica original, dejando solo el dispositivo recién fusionado.
Desde allí, El equipo de Han alimentó dos longitudes de onda de luz a través de la fibra óptica:una, un láser de 980 nanómetros que es absorbido por el silicio. el otro una longitud de onda de 1550 nanómetros que lo atraviesa.
Debido a que el láser absorbido produce calor, su potencia de control remoto dicta la temperatura del dispositivo. Mientras tanto, las longitudes de onda más amplias que entran en el silicio se reflejan parcialmente en los dos extremos del pilar y comienzan a interferir entre sí. Esos patrones de interferencia cambian con la temperatura del silicio, haciendo que sus lecturas sean un termómetro preciso y sensible.
Han y el co-diseñador Guigen Liu, investigador postdoctoral en ingeniería eléctrica e informática, dijo que la capacidad del dispositivo para generar una amplia franja de longitudes de onda en el rango del infrarrojo cercano al lejano podría resultar especialmente útil para detectar gases en función de cómo interactúan con esas ondas. Y la capacidad de medir y ajustar su temperatura, Han dijo:confiere al dispositivo una versatilidad funcional incomparable con los microcalentadores existentes.
"Todavía tenemos mucho trabajo por hacer para mejorarlo, ", dijo." Pero esta es una tecnología muy prometedora que tiene muchas aplicaciones interesantes ".
