Des ingénieurs de l'Université du Wisconsin-Madison ont permis de déterminer à distance la température sous la surface de certains matériaux à l'aide d'une nouvelle technique qu'ils appellent la thermographie en profondeur. La méthode peut être utile dans les applications où les sondes de température traditionnelles ne fonctionnent pas, comme la surveillance des performances des semi-conducteurs ou des réacteurs nucléaires de prochaine génération.

De nombreux capteurs de température mesurent le rayonnement thermique, dont la plupart est dans le spectre infrarouge, se détacher de la surface d'un objet. Plus l'objet est chaud, plus il émet de rayonnement, qui est la base de gadgets comme les caméras thermiques.

Thermographie en profondeur, cependant, va au-delà de la surface et fonctionne avec une certaine classe de matériaux partiellement transparents au rayonnement infrarouge.

"Nous pouvons mesurer le spectre de rayonnement thermique émis par l'objet et utiliser un algorithme sophistiqué pour déduire la température non seulement à la surface, mais aussi sous la surface, dizaines à centaines de microns, " dit Mikhail Kats, un professeur UW-Madison de génie électrique et informatique. « Nous sommes capables de le faire avec précision et précision, du moins dans certains cas."

Kats, son associé de recherche Yuzhe Xiao et ses collègues ont décrit la technique ce printemps dans le journal ACS Photonique .

Pour le projet, l'équipe a chauffé un morceau de silice fondue, un type de verre, et l'a analysé à l'aide d'un spectromètre. Ils ont ensuite mesuré les lectures de température à différentes profondeurs de l'échantillon à l'aide d'outils de calcul précédemment développés par Xiao dans lesquels il a calculé le rayonnement thermique émis par des objets composés de plusieurs matériaux. Travailler à l'envers, ils ont utilisé l'algorithme pour déterminer le gradient de température qui correspondait le mieux aux résultats expérimentaux.

Kats dit que cet effort particulier était une preuve de concept. Dans les travaux futurs, il espère appliquer la technique à des matériaux multicouches plus complexes et espère appliquer des techniques d'apprentissage automatique pour améliorer le processus. Finalement, Kats souhaite utiliser la thermographie en profondeur pour mesurer les dispositifs à semi-conducteurs afin de mieux comprendre leurs distributions de température pendant leur fonctionnement.

Ce n'est pas la seule application potentielle de la technique. Ce type de profil de température en 3D pourrait également être utilisé pour mesurer et cartographier les nuages ​​de gaz et de liquides à haute température.

"Par exemple, nous anticipons une pertinence pour les réacteurs nucléaires à sels fondus, où vous voulez savoir ce qui se passe en termes de température du sel dans tout le volume, ", dit Kats. "Vous voulez le faire sans coller des sondes de température qui peuvent ne pas survivre à 700 degrés Celsius très longtemps."

Il dit également que la technique pourrait aider à mesurer la conductivité thermique et les propriétés optiques des matériaux sans avoir besoin de fixer des sondes de température.

"C'est une télécommande complètement, un moyen sans contact de mesurer les propriétés thermiques des matériaux d'une manière que vous ne pouviez pas faire auparavant, " dit Kats.