科学家使用一种称之为深度热像仪的新技术，使得远程确定某些材料表面以下的温度成为可能。这种方法在传统温度探头不起作用的应用中可能很有用，比如监测半导体性能或下一代核反应堆。许多温度传感器测量物体表面发出的热辐射，其中大部分在红外光谱中。物体越热，发出的辐射就越多，这是热成像相机等小玩意的基础。
然而，深度热像仪超越了表面，它使用的是对红外线部分透明的特定类别材料。威斯康星大学麦迪逊分校的电气和计算机工程教授米哈伊尔·卡茨(Mikhail Kats)表示：我们可以测量物体发出的热辐射光谱，并使用一种复杂的算法来推断温度，不仅是表面上的温度，还包括几十微米到数百微米表面下的温度，我们能够准确地做到这一点，至少在某些情况下是这样，其研究发现发表在《ACS光子学》期刊上。
在研究加热了一块熔融二氧化硅(一种玻璃)，并使用光谱仪对其进行了分析。然后使用之前开发的计算工具测量了样品不同深度的温度读数，在这些工具中，计算了由多种材料组成物体发出的热辐射，然后使用该算法来确定最符合实验结果的温度梯度。这一特别的努力研究是对概念的证明，在未来的研究中，研究人员希望将这项技术应用于更复杂的多层材料，并希望应用机器学习技术来改进这一过程。
远程无需探头
最终使用深度热像仪来测量半导体器件，以深入了解它们在运行时的温度分布。这并不是这项技术唯一的潜在应用，这种类型的三维温度剖面，也可以用来测量和绘制高温气体和液体的云图。例如，研究预计与熔盐核反应堆有关，在那里你想知道整个体积内盐的温度发生了什么，在不卡住温度探头的情况下做到这一点，因为温度探头在700摄氏度的温度下存在时间不是很长。
这项技术可以帮助测量材料的热导率和光学特性，而不需要附加温度探头。这是一种完全远程、非接触式测量材料热物性的方法，这是以前做不到的。这是一种基于红外热发射的深度热成像技术，它可以远程测量特定物体表面下的温度分布。深度热像仪利用目标物体半透明光谱区的热发射光谱来提取其温度作为深度的函数，而传统热像仪是使用光谱积分的热发射功率来测量表面温度。
再加上二维成像，例如使用红外高光谱相机或扫描单像素光谱仪，这种技术可以产生体积温度分布。并在一个非对称加热的熔融石英窗口上进行了概念验证实验，提取了整个样品的温度分布。深度热成像可以实现对微观物体（如多层电子器件或液体和气体的宏观体积）的非接触式体积温度测量，以及同时对材料的光学和热学性质进行全光学测量。
博科园｜研究/来自：威斯康星大学麦迪逊分校
参考期刊《ACS光子学》
DOI: 10.1021/acsphotonics.9b01588
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