Saffiervezel kan schonere energie en vliegreizen mogelijk maken

Onderzoekers van de Universiteit van Oxford hebben een optische vezel van saffier gebruikt - een draad van industrieel geteelde saffier van minder dan een halve millimeter dik - die bestand is tegen temperaturen van meer dan 2000 ° C. Wanneer licht in het ene uiteinde van de saffiervezel wordt geïnjecteerd, wordt een deel teruggekaatst vanaf een punt langs de vezel dat is aangepast om gevoelig te zijn voor temperatuur (bekend als een Bragg-rooster). De golflengte (kleur) van dit gereflecteerde licht is een maat voor de temperatuur op dat punt.

Het onderzoek lost een 20 jaar oud probleem op met bestaande sensoren die, hoewel de saffiervezel erg dun lijkt, in vergelijking met de golflengte van licht enorm is. Dit betekent dat het licht veel verschillende paden langs de saffiervezel kan nemen, waardoor er veel verschillende golflengten tegelijk worden gereflecteerd. De onderzoekers overwonnen dit probleem door een kanaal langs de lengte van de vezel te schrijven, zodat het licht zich in een kleine doorsnede bevindt, een honderdste millimeter in diameter. Met deze aanpak waren ze in staat om een ​​sensor te maken die voornamelijk een enkele golflengte van licht reflecteert.

De eerste demonstratie was op een korte lengte saffiervezel van 1 cm lang, maar de onderzoekers voorspellen dat lengtes tot enkele meters mogelijk zullen zijn, met een aantal afzonderlijke sensoren over deze lengte. Hierdoor zouden bijvoorbeeld temperatuurmetingen in een straalmotor kunnen worden uitgevoerd. Het gebruik van deze gegevens om de motoromstandigheden tijdens de vlucht aan te passen, kan de uitstoot van stikstofoxide aanzienlijk verminderen en de algehele efficiëntie verbeteren, waardoor de impact op het milieu wordt verminderd. De weerstand van de saffier tegen straling geeft ook toepassingen in de ruimte- en fusie-energie-industrie.

Dr. Mohan Wang, lid van het onderzoeksteam van Engineering Science zegt:"De sensoren zijn vervaardigd met behulp van een krachtige laser met extreem korte pulsen en een belangrijke hindernis verhinderde dat de saffier tijdens dit proces barstte."

Het werk maakt deel uit van een EPSRC Fellowship Grant van £ 1,2 miljoen in het bezit van de EPSRC Research Fellow Dr. Julian Fells van de afdeling en werd uitgevoerd in samenwerking met Rolls-Royce, de UK Atomic Energy Authority (Remote Applications in Challenging Environments - RACE), Cranfield University , Halliburton en MDA Ruimte en Robotica.

Rob Skilton, Head of Research bij RACE, UK Atomic Energy Authority, zegt:"Deze optische vezels van saffier zullen veel verschillende potentiële toepassingen hebben binnen de extreme omgevingen van een fusie-energiecentrale. Deze technologie heeft het potentieel om de mogelijkheden van toekomstige sensor- en robotonderhoudssystemen in deze sector, die UKAEA helpen bij haar missie om veilige, duurzame, koolstofarme fusie-energie aan het net te leveren."