Een internationale groep onderzoekers heeft een 3D-geprint micro-thermo-elektrisch apparaat ontwikkeld dat vierdimensionale (3D Ruimte + Tijd) thermometrie op microschaal mogelijk maakt. Deze innovatieve methode pakt de uitdagingen aan bij het verkrijgen van gedetailleerde temperatuurvelden en biedt tegelijkertijd een hogere ruimtelijke resolutie van ongeveer één micrometer. De 3D-geprinte, vrijstaande thermokoppelsondes hebben het potentieel om de manier waarop we Jouleverwarming en verdampingskoeling bestuderen in systemen op microscopische schaal, zoals micro-elektroden, te veranderen.
Thermometrie: Een cruciaal aspect van de moderne technologie
Thermometrie, het meten van temperatuur, speelt een essentiële rol bij het begrijpen van de thermodynamica van fysische, chemische en biologische processen. Het is ook essentieel bij het thermisch beheer van micro-elektronica, die steeds belangrijker wordt in de gezondheidszorg, de klimaatverandering en andere aspecten van het dagelijks leven. Onderzoekers werken voortdurend aan de verbetering van de gevoeligheid, de ruimtelijke resolutie en de schaalbaarheid van de thermometer voor betere temperatuurmetingen, met name in microscopische systemen.
Thermokoppels (TC) zijn handig vanwege hun eenvoudige configuratie en passieve werking, waardoor de verstoring van het monster minimaal is. Het miniaturiseren van TC-apparaten om thermometrie met hoge ruimtelijke resolutie te bereiken bleek echter altijd enorm complex. Tot nu toe was vierdimensionale thermometrie op microschaal dan ook niet mogelijk vanwege technologische uitdagingen bij de vervaardiging van thermokoppels in drie dimensies.
3D printen: Grenzen doorbreken in de thermometrie
De invoering van 3D-printing bij de vervaardiging van micro-thermo-elektrische apparaten heeft de beperkingen van traditionele thermokoppels overwonnen. De bimetalen 3D-printing die wordt gebruikt voor het maken van vrijstaande thermokoppelsonde-netwerken biedt een ruimtelijke resolutie van ongeveer één micrometer. Deze vooruitgang maakt het mogelijk dynamiek te onderzoeken, zoals Jouleverwarming en verdampingskoeling, op onderwerpen op microschaal zoals micro-elektroden en watermenisci.
Bovendien elimineert de 3D-printtechnologie ontwerpbeperkingen die worden opgelegd door fabricageprocessen, wat de weg vrijmaakt voor de ontwikkeling van vrijstaande microsensoren of micro-elektronische apparaten op een chip. De nieuwe mogelijkheid om rechtstreeks 4D-thermometrie op microschaal te meten kan een revolutie teweegbrengen op het gebied van thermodynamica en thermisch beheer in diverse toepassingen, van wetenschappelijk onderzoek tot het dagelijks leven.