Gli ingegneri dell'Università del Wisconsin-Madison hanno permesso di determinare a distanza la temperatura sotto la superficie di alcuni materiali utilizzando una nuova tecnica che chiamano termografia di profondità. Il metodo può essere utile in applicazioni in cui le sonde di temperatura tradizionali non funzionano, come il monitoraggio delle prestazioni dei semiconduttori o dei reattori nucleari di nuova generazione.

Molti sensori di temperatura misurano la radiazione termica, la maggior parte dei quali è nello spettro infrarosso, fuoriesce dalla superficie di un oggetto. Più caldo è l'oggetto, più radiazioni emette, che è la base per gadget come le termocamere.

termografia di profondità, però, va oltre la superficie e lavora con una certa classe di materiali parzialmente trasparenti ai raggi infrarossi.

"Possiamo misurare lo spettro della radiazione termica emessa dall'oggetto e utilizzare un sofisticato algoritmo per dedurre la temperatura non solo sulla superficie, ma anche sotto la superficie, da decine a centinaia di micron in, "dice Mikhail Kats, un professore di ingegneria elettrica e informatica alla UW-Madison. "Siamo in grado di farlo in modo preciso e accurato, almeno in alcuni casi».

Kat, il suo associato di ricerca Yuzhe Xiao e colleghi hanno descritto la tecnica questa primavera sulla rivista Fotonica ACS .

Per il progetto, la squadra ha riscaldato un pezzo di silice fusa, un tipo di vetro, e analizzato con uno spettrometro. Hanno quindi misurato le letture della temperatura da varie profondità del campione utilizzando strumenti di calcolo precedentemente sviluppati da Xiao in cui ha calcolato la radiazione termica emessa da oggetti composti da più materiali. Lavorando a ritroso, hanno usato l'algoritmo per determinare il gradiente di temperatura che meglio si adattava ai risultati sperimentali.

Kats dice che questo particolare sforzo è stato una prova del concetto. Nel lavoro futuro, spera di applicare la tecnica a materiali multistrato più complicati e spera di applicare tecniche di apprendimento automatico per migliorare il processo. Infine, Kats vuole utilizzare la termografia di profondità per misurare i dispositivi a semiconduttore per ottenere informazioni sulla distribuzione della temperatura durante il funzionamento.

Questa non è l'unica potenziale applicazione della tecnica. Questo tipo di profilo 3D della temperatura potrebbe essere utilizzato anche per misurare e mappare nuvole di gas e liquidi ad alta temperatura.

"Per esempio, prevediamo rilevanza per i reattori nucleari a sali fusi, dove vuoi sapere cosa sta succedendo in termini di temperatura del sale in tutto il volume, " dice Kats. "Vuoi farlo senza attaccare sonde di temperatura che potrebbero non sopravvivere a 700 gradi Celsius per molto tempo".

Dice anche che la tecnica potrebbe aiutare a misurare la conduttività termica e le proprietà ottiche dei materiali senza la necessità di collegare sonde di temperatura.

"Questo è completamente remoto, modo senza contatto di misurare le proprietà termiche dei materiali in un modo che non avresti potuto fare prima, " dice Kats.