Ny berøringsfri teknik til måling af iltkoncentration udviklet

Ilt spiller en nøglerolle i forskellige industrielle processer, herunder forbrænding og energiomdannelse, som er involveret i vigtige områder som brændselsceller, bilmotorer og gasturbiner. En nøjagtig måling i realtid af iltkoncentrationen er således afgørende for, at disse industrier fungerer problemfrit.

Desværre er eksisterende teknologier til måling af iltkoncentration afhængig af kontaktmålinger ved hjælp af sonder, som ikke kan modstå høje temperaturer. På trods af tilgængeligheden af ​​nogle få optiske temperaturmålingsteknologier nedbrydes de organometalliske materialer, de anvender, ved temperaturer over 120 °C.

For at løse dette problem udviklede og testede et team af forskere ledet af prof. Kyung Chun Kim fra Pusan ​​National University, Korea, en berøringsfri teknik til at måle iltkoncentrationen under høje temperaturer. I deres undersøgelse, som blev gjort tilgængelig online den 19. april 2022 og offentliggjort i Sensors and Actuators B:Chemical , beskrev holdet, hvordan et fosforescerende materiales glød eller "phosphorescens" kan udnyttes til at måle iltkoncentrationen.

Det pågældende materiale var yttriumoxid doteret med europium (Y₂ O₃ :Eu ^{3 +} ) - en fosfor, dvs. et materiale, der udsender lys som reaktion på stråling - som har en meget temperaturbestandig krystallinsk struktur. Ligesom andre fosfor, Y₂ O₃ :Eu ^{3 +} absorberer lysenergi og genudsender den ved en lavere frekvens. Men på grund af dets unikke molekylære arrangement med ilt ledige pladser varierer dens fosforescens afhængigt af den omgivende ilt. Denne høje følsomhed over for ilt gør Y₂ O₃ :Eu ^{3 +} en passende berøringsfri selvlysende sonde.

For at undersøge denne egenskab yderligere satte holdet en todimensionel (2D) temperatur- og iltkoncentration justerbar ovn med et kvartsvindue (et vindue, der tillader lys at passere frit i begge retninger) og brugte det til at skinne en ultravoldelig (UV) LED-lys mod en Y₂ O₃ :Eu ^{3 +} tablet. Ved måling af den resulterende phosphorescens ved hjælp af et spektrometer fandt holdet, at det var mest følsomt over for iltkoncentrationen ved en temperatur over 450°C for en bølgelængde på 612 nm. Over 450°C er følsomheden af ​​Y₂ O₃ :Eu ^{3 +} til iltkoncentrationen steg med stigende temperatur, men faldt med en stigning i iltkoncentrationen.

Det er vigtigt, at de også observerede to egenskaber ved Y₂ O₃ :Eu ^{3 +} phosphorescens, der kunne bruges til at måle iltkoncentrationen ved 550°C:dens intensitet og levetid, dvs. den tid, det tager for Y₂ O₃ :Eu ^{3 +} at stoppe med at udsende lys. Selvom målinger ved hjælp af sidstnævnte var lidt mere nøjagtige, viste disse resultater den overordnede anvendelighed af at bruge phosphorescensen af ​​Y₂ O₃ :Eu ³ ved høje temperaturer.

Dr. Kim diskuterer disse resultater, og siger, at deres "undersøgelse er den første til at udvikle en enkel, berøringsfri 2D-metode, der kan give teknisk support til forbedring af ydeevnen af ​​mange industrielle produkter ved høje temperaturer."

Hvad er implikationerne af disse fund? Prof. Kim bemærker yderligere, at "denne metode kan forbedre grundlæggende mekanismeforskning og industrielle produktionsapplikationer, som vil hjælpe os med at forstå ukendte termofysiske fænomener i dagligdagen og teknik." + Udforsk yderligere

Mekanisme for oxygenaktivering på bariumholdige perovskitmaterialer