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Espectroscopia de ressonância de nêutrons acionada por laser de disparo único para perfil de temperatura. Crédito: 2024 Yogo et al., Espectroscopia de ressonância de nêutrons acionada por laser de disparo único para perfil de temperatura. Nature Communications (10.1038/s41467-024-49142-y)
De LEDs a baterias, nossas vidas são cheias de eletrônicos, e há um esforço constante para torná-los mais eficientes e confiáveis. Mas, à medida que os componentes se tornam cada vez mais sofisticados, obter medições confiáveis de temperatura de elementos específicos dentro de um objeto pode ser um desafio.
Isso é problemático porque medir a temperatura de um dispositivo é vital para monitorar seu desempenho ou projetar os materiais dos quais ele é fabricado. Agora, em um novo estudo liderado pela Universidade de Osaka, nêutrons foram usados para medir temperaturas de forma rápida e precisa, o que pode eventualmente levar a um desempenho melhorado para todos os tipos de eletrônicos.
Houve algumas maneiras de estimar a temperatura dentro de um dispositivo eletrônico, mas nenhuma foi capaz de fornecer uma medição rápida e direta. Este novo método usa uma técnica chamada absorção de ressonância de nêutrons (NRA). Ao examinar nêutrons sendo absorvidos por núcleos atômicos em certos níveis de energia, as propriedades do material podem ser deduzidas.
Os nêutrons neste estudo foram gerados usando feixes de laser de alta intensidade. Os nêutrons são então desacelerados para um nível de energia muito baixo antes de passarem por uma amostra. A técnica foi testada usando placas de tântalo e prata, retornando com sucesso detalhes sobre os materiais e temperaturas com velocidade excepcional.
(a) Resultados experimentais de absorção de nêutrons e ajuste do modelo por RT (E, T) [Eq. (5)]. A temperatura de Ag foi mantida em 296 K e Ta foi aquecido a T = 297, 361, 413, 474, 573 e 617 K. (b) Largura teórica de Doppler e resultados experimentais. As barras de erro da largura de Doppler dependem do erro de ajuste e do nível de ruído do sinal original. A temperatura de cada ponto de dados foi medida pelo termopar no experimento. Crédito: 2024 Yogo et al., Single-Shot Laser-Driven Neutron Resonance Spectroscopy for Temperature Profiling. Nature Communications (10.1038/s41467-024-49142-y)
Os pesquisadores conseguiram determinar a temperatura das amostras porque o sinal temporal do NRA foi alterado de maneira previsível quando a temperatura do material da amostra foi alterada.
“Essa tecnologia torna possível medir a temperatura de forma instantânea e precisa”, explica Zechen Lan, autor principal. “Como nosso método não é destrutivo, ele pode ser usado para monitorar dispositivos como baterias e dispositivos semicondutores.”
Como a medição NRA é realizada com um único pulso de nêutrons, a técnica recém-desenvolvida pode adquirir dados de temperatura em uma janela de 100 nanossegundos, ou seja, um décimo milionésimo de segundo. Este resultado quase instantâneo significa que as mudanças dentro de um material podem ser medidas em tempo quase real, permitindo uma análise detalhada.
“Usar lasers para gerar e acelerar íons e nêutrons não é nenhuma novidade, mas as técnicas que desenvolvemos neste estudo representam um avanço emocionante”, diz o autor sênior Akifumi Yogo. “Esperamos que a alta resolução temporal permita que a eletrônica seja examinada em maiores detalhes, nos ajude a entender as condições normais de operação e a identificar anormalidades.”
A configuração experimental da geração de nêutrons epitermais acionada por laser e medição de absorção de ressonância usando o método TOF. Crédito: 2024 Yogo et al., Single-Shot Laser-Driven Neutron Resonance Spectroscopy for Temperature Profiling. Nature Communications (10.1038/s41467-024-49142-y)
Como conquista adicional, o dispositivo de medição desenvolvido pela equipe de pesquisa tem cerca de um décimo do tamanho de outros equipamentos semelhantes, o que significa que será fácil para laboratórios em outros lugares instalarem suas próprias versões.
Ser capaz de medir com rapidez e precisão as temperaturas operacionais dos dispositivos e os materiais dos quais eles são feitos pode aumentar nossa compreensão de como eles funcionam e podem ser melhorados ainda mais no futuro.
Mais Informações:
Espectroscopia de ressonância de nêutrons acionada por laser de disparo único para perfil de temperatura, Comunicações da Natureza (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49142-y
Fornecido pela Universidade de Osaka
Citação: Os nêutrons são uma nova maneira de medir a temperatura de componentes eletrônicos (2024, 12 de julho) recuperado em 12 de julho de 2024 de https://phys.org/news/2024-07-neutrons-hot-temperature-electronic-components.html
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