Científicos térmicos de la Universidad Estatal de Iowa, la Universidad de Shenzhen y la Universidad de Ciencias de la Ingeniería de Shanghái han desarrollado una nueva técnica de sondeo térmico basada en la relación de dos intensidades máximas de dispersión Raman de resonancia.

Publicación en el International Journal of Extreme Manufacturing , el equipo dirigido por el profesor Xinwei Wang en la Universidad Estatal de Iowa, estudió y demostró sistemáticamente que la relación de dos intensidades máximas de resonancia Raman de un material 2D se puede utilizar como indicador para la medición de temperatura de alta sensibilidad. Este nuevo desarrollo ampliará significativamente la medición de temperatura tradicional basada en Raman (basada en el cambio del número de onda) y mejorará significativamente la sensibilidad y la solidez de la medición.

La termometría basada en Raman se ha utilizado durante décadas, principalmente mediante el seguimiento del cambio del número de onda para medir la temperatura. Esto hace que la termometría Raman sea muy exclusiva y específica del material, lo que hace posible lograr una medición de temperatura muy específica y sondear una caída de temperatura en un espacio de subnm.

Sin embargo, el número de onda Raman está sujeto a varios ruidos e incertidumbres experimentales, como el enfoque óptico, la interferencia óptica dentro de un material y a través de una interfaz. La sensibilidad de medición final está documentada como baja. Aunque la intensidad de dispersión Raman también cambia con la temperatura, rara vez se usa para medir la temperatura, ya que es difícil controlar todas las condiciones experimentales para definir bien la intensidad de dispersión.

Dispersión Raman en resonancia (por ejemplo, WS₂ ), debido al ligero cambio de banda prohibida frente a la temperatura, la intensidad Raman dispersa es muy sensible a la temperatura, y la intensidad de un solo pico Raman sigue siendo difícil de usar para medir la temperatura.

Mediante el uso de WS₂ nanopelículas, apoyadas o suspendidas, los tres equipos de la Universidad Estatal de Iowa, la Universidad de Shenzhen y la Universidad de Ciencias de la Ingeniería de Shanghái descubrieron que los dos picos Raman de WS₂ (E_2g y A_1g ), aunque cada uno de ellos muestra diferente tendencia de variación frente a la temperatura, sorprendentemente su relación de intensidad muestra un comportamiento muy universal, independientemente del tamaño físico del material, suspendido o soportado, nivel nm o macrotamaño.

También esta relación muestra un cambio dramático de 177 K a 477 K (>100 veces). Esto demuestra claramente su capacidad para medir la temperatura. Utilizando esta relación como indicador, los equipos han caracterizado la difusividad térmica y la conductividad térmica del WS₂ suspendido. nanopelículas con su estado de transporte de energía Raman resuelto (ET-Raman). Los resultados concuerdan muy bien con la medición basada en el número de onda Raman.

Uno de los líderes del equipo, el profesor Xinwei Wang, dijo:"Este método de relación Raman de resonancia (R3) es superior a la medición de temperatura clásica basada en el número de onda en tres aspectos".

En primer lugar, dado que se utiliza la relación de intensidad, cualquier cambio de intensidad inducido por interferencia óptica o enfoque óptico se eliminará automáticamente en la relación. Esto mejorará drásticamente la solidez de la medición. En segundo lugar, para muchos métodos basados ​​en números de onda, a bajas temperaturas, el número de onda Raman se vuelve mucho menos sensible al cambio de temperatura, lo que hace que la medición sea menos confiable.

Sin embargo, el método R3 tiene una sensibilidad casi universal de 177 K a 477 K. Para temperaturas aún más bajas, la medición es posible buscando materiales apropiados cuyo cambio de banda prohibida cause una mayor variación de intensidad a temperaturas más bajas. En tercer lugar, el hallazgo hará que WS₂ un sensor de temperatura prometedor para medir las temperaturas de materiales activos no Raman. El tiempo de respuesta del sensor será extremadamente rápido (

Esto es muy atractivo para el control de la temperatura en la fabricación extrema.

Uno de los líderes del equipo, el profesor Yangsu Xie, dirige a su equipo para realizar una investigación activa para estudiar el transporte térmico en materiales a nanoescala mediante espectroscopia Raman. Ella dice que "el método R3 realmente abre una nueva vía para estudiar la respuesta térmica de un material bajo cargas térmicas ópticas o de otro tipo. Esto mejorará significativamente nuestra capacidad experimental de explorar la física del transporte térmico a nanoescala que es difícil de probar usando otras técnicas". "

"Además, el método R3 todavía tiene la característica específica del material, por lo que hace posible lograr un sondeo de temperatura de un dominio físico muy bien definido. Estamos entusiasmados con las aplicaciones prometedoras de esta técnica en el monitoreo de temperatura de alta resolución en la fabricación extrema también". como en microelectrónica."

Aunque el trabajo solo informó la medición R3 usando dispersión Raman de resonancia inducida por láser de 532 nm, es posible elegir otros láseres de longitud de onda (por ejemplo, 633 nm, 488 nm, 785 nm) para la dispersión Raman de resonancia con materiales de banda prohibida coincidente/cercana. Esto podría extender el rango de medición de temperatura o cambiar el rango a un nivel diseñado.

Esta alta sensibilidad hace posible emplear el método R3 para monitorear la respuesta térmica de los materiales en la fabricación extrema para comprender, controlar y optimizar la física del proceso con una resolución espacial (~nm) y una respuesta temporal ( + Explora más

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