Более дешевые холодильники? Более прочные протезы? Лучшее понимание болезней человека? Это и многое другое может стать возможным однажды благодаря новому амбициозному проекту NIST, Национального института стандартов и технологий США.
Исследователи NIST находятся на ранних стадиях масштабного проекта. Это разработка и создание парка крошечных сверхчувствительных нанотермометров. Если им это удастся, их система станет первой, которая сможет измерять температуру в реальном времени в микроскопическом масштабе. Проект называется Термомагнитная визуализация и контроль (Thermal MagIC).
Температура в реальном времени на микроскопическом уровне
Исследователи говорят, что Thermal MagIC может произвести революцию в измерениях температуры во многих областях: биологии, медицине, химическом синтезе, холодильном оборудовании, автомобилестроении, производстве материалов. «Нанотермометры могут быть полезны во всех областях, в которых температура играет фундаментальную роль», — сказал физик NIST. Синди Деннис. «То есть практически везде».
Команда NIST завершила строительство индивидуальных лабораторных помещений для этого уникального проекта и приступила к первой крупной фазе эксперимента.
Как работает Thermal MagIC
Thermal MagIC будет работать, используя наноразмерные объекты, магнитные сигналы которых изменяются с температурой.
Объекты будут включены в исследуемые жидкости или твердые тела: например, расплавленный пластик, который будет использоваться для замены искусственного сустава, или жидкий хладагент из холодильника. Затем система дистанционного зондирования могла бы улавливать эти магнитные сигналы, что означает, что это будет беспроводная система.
Конечный продукт может производить измерения температуры в 10 раз точнее, чем самые передовые методы, полученные за десятую часть времени в объеме в 10.000 XNUMX раз меньше.
Что это значит в цифрах
Перед тем, как закончить свое новое лабораторное пространство, исследователи NIST смогли выполнить некоторые важные работы. В статье, опубликованной в прошлом месяце в Международном журнале по визуализации магнитных частицКоманда сообщила об обнаружении и тестировании «многообещающего» наноматериала из железа и кобальта с контролируемо изменяющейся температурной чувствительностью. Этот шаг приблизил команду к созданию термочувствительной наночастицы, центральной части такой системы, как Thermal MagIC.
Нанотермометры NIST могут выполнять точные измерения с точностью до 25 милликельвинов (тысячных долей кельвина) всего за одну десятую секунды при объеме всего сто микрометров (миллионных долей метра) на каждую сторону.
Система предназначена для измерения температур в диапазоне от 200 до 400 Кельвинов (К), или от -70 до 126 градусов Цельсия. Этот диапазон будет охватывать большинство потенциальных применений, которые, по прогнозам команды Thermal MagIC, станут возможными в течение следующих 5 лет. Деннис и его коллеги видят потенциал для гораздо более широкого диапазона температур: от -270 до +320 градусов. Это будет включать в себя все: от переохлажденных сверхпроводников до расплавленного свинца. Но это не входит в текущие планы развития.
Это довольно большое изменение. Если нам удастся это реализовать, мы сможем делать то, что сейчас даже не можем себе представить. Новый проект NIST по созданию нанотермометров может произвести революцию в получении изображений температуры.
Синди Деннис, физик NIST
Какие приложения будут иметь нанотермометры?
Будь то термостат в вашей гостиной или высокоточный прибор для лабораторных измерений, большинство используемых сегодня термометров могут измерять только относительно большие площади на макроскопическом, а не на микроскопическом уровне.
Эти обычные термометры они также навязчивы и требуют, чтобы датчики проникли в измеряемую систему и подключились к системе считывания с помощью громоздких кабелей.
I инфракрасные термометры, как и инструменты на лбу, используемые во многих кабинетах врачей, они менее навязчивы. Однако они тоже проводят только макроскопические измерения и не могут видеть нижние поверхности.
Thermal MagIC должна позволить ученым обойти оба этих ограничения.
Инженеры могут использовать Thermal MagIC, чтобы впервые изучить, как происходит теплопередача в различных хладагентах на микромасштабе, и протестировать более дешевые холодильные системы и энергоемкий. Они служат нам как хлеб.
Врачи могут использовать Thermal MagIC для изучать болезни, многие из которых связаны с повышением температуры (признак воспаления) в определенных частях тела.
И производители могли использовать систему для лучшее управление 3D-печатными машинами которые плавят пластик для создания нестандартных объектов, таких как медицинские имплантаты и протезы.
