Cảm biến từ sợi sapphire cải thiện hiệu suất và sản xuất năng lượng sạch

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Oxford đã chế tạo được cảm biến từ sợi sapphire chịu được nhiệt độ khắc nghiệt với tiềm năng cải thiện đáng kể hiệu suất và giảm phát thải trong ngành hàng không vũ trụ và lĩnh vực sản xuất điện.

Công trình nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Optics Express, sử dụng sợi quang sapphire, sợi sapphire công nghiệp dày chưa đến nửa mm, có khả năng chịu nhiệt ở mức hơn 2000°C. Khi ánh sáng chiếu vào một đầu của sợi sapphire, một phần ánh sáng bị phản xạ trở lại từ một điểm dọc theo sợi đã được thay đổi để nhạy cảm với nhiệt độ. Bước sóng (màu sắc) của ánh sáng phản xạ này là thước đo nhiệt độ tại điểm đó.

Nghiên cứu đã khắc phục nhược điểm tồn tại 20 năm với các cảm biến hiện có, trong khi sợi sapphire rất mỏng nhưng lại tạo ra bước sóng ánh sáng rất lớn. Nghĩa là ánh sáng có thể di chuyển theo nhiều con đường dọc theo sợi sapphire, khiến cho nhiều bước sóng khác nhau bị phản xạ cùng một lúc. Các nhà nghiên cứu đã xử lý vấn đề này bằng cách tạo ra một kênh dọc theo chiều dài của sợi quang, sao cho ánh sáng được chứa trong một mặt cắt nhỏ, có đường kính một phần trăm milimet. Với cách tiếp cận này, nhóm nghiên cứu có thể tạo ra một cảm biến phản xạ chủ yếu một bước sóng ánh sáng.

Thử nghiệm ban đầu được thực hiện trên một đoạn sợi sapphire chỉ dài 1 cm, nhưng các nhà nghiên cứu dự đoán độ dài sẽ lên đến vài mét nhờ có một số cảm biến riêng biệt dược gắn dọc theo chiều dài của sợi. Điều đó sẽ cho phép tiến hành các phép đo nhiệt độ, ví dụ như trong động cơ phản lực. Sử dụng dữ liệu này để thích ứng với các điều kiện của động cơ trong chuyến bay có khả năng giảm đáng kể lượng khí thải nitơ oxit và cải thiện hiệu suất tổng thể, giảm tác động đến môi trường. Khả năng chống bức xạ của sợi sapphire cũng mở ra các ứng dụng trong không gian và các ngành công nghiệp năng lượng nhiệt hạch.

Rob Skilton, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Sợi quang sapphire mới sẽ có nhiều ứng dụng tiềm năng như dùng trong môi trường khắc nghiệt của nhà máy năng lượng nhiệt hạch. Công nghệ mới có tiềm năng tăng mạnh khả năng của các hệ thống bảo trì cảm biến và robot trong tương lai trong lĩnh vực này, giúp cung cấp nguồn điện tổng hợp cacbon thấp, an toàn, bền vững cho lưới điện”.