사파이어 섬유는 더 깨끗한 에너지와 항공 여행을 가능하게 합니다

옥스포드 대학의 연구원들은 2000°C 이상의 온도를 견딜 수 있는 산업적으로 성장한 사파이어의 실 두께가 0.5밀리미터 미만인 사파이어 광섬유를 사용했습니다. 빛이 사파이어 섬유의 한쪽 끝에 주입되면 일부는 온도에 민감하도록 수정된 섬유를 따라 한 지점에서 반사됩니다(브래그 격자로 알려짐). 이 반사광의 파장(색상)은 해당 지점의 온도를 측정한 것입니다.

이 연구는 사파이어 섬유가 매우 얇은 것처럼 보이지만 빛의 파장에 비해 거대하다는 기존 센서의 20년 된 문제를 해결합니다. 이것은 빛이 사파이어 섬유를 따라 다양한 경로를 취할 수 있다는 것을 의미하며, 그 결과 많은 다른 파장이 한 번에 반사됩니다. 연구원들은 빛이 직경 100분의 1밀리미터인 작은 단면 내에 포함되도록 광섬유의 길이를 따라 채널을 작성함으로써 이 문제를 극복했습니다. 이 접근 방식을 통해 단일 파장의 빛을 주로 반사하는 센서를 만들 수 있었습니다.

초기 시연은 1cm 길이의 짧은 사파이어 섬유에 대한 것이었지만 연구원들은 이 길이를 따라 여러 개의 개별 센서를 사용하여 최대 수 미터 길이가 가능할 것으로 예측합니다. 이를 통해 예를 들어 제트 엔진 전체에서 온도 측정을 수행할 수 있습니다. 이 데이터를 사용하여 비행 중 엔진 상태를 조정하면 질소 산화물 배출을 크게 줄이고 전반적인 효율성을 개선하여 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. 사파이어의 내방사선성은 우주 및 핵융합 발전 산업에도 적용됩니다.

Engineering Science 연구팀의 Mohan Wang 박사는 "센서는 매우 짧은 펄스의 고출력 레이저를 사용하여 제작되었으며 이 과정에서 사파이어가 깨지는 것을 막는 중요한 장애물이 있었습니다."라고 말했습니다.

이 작업은 부서의 EPSRC 연구 펠로우인 Julian Fells 박사가 개최한 £1.2M EPSRC Fellowship Grant의 일부이며 Cranfield University의 영국 원자력 에너지청(Rolls-Royce, RACE)과 협력하여 수행되었습니다. , Halliburton 및 MDA Space and Robotics.

영국 원자력청(UK Atomic Energy Authority)의 RACE 연구 책임자인 Rob Skilton은 "이러한 사파이어 광섬유는 핵융합 에너지 발전소의 극한 환경에서 다양한 잠재적 응용 분야를 가질 것입니다. 이 기술은 미래 센서 및 이 부문의 로봇 유지 관리 시스템은 UKAEA가 그리드에 안전하고 지속 가능한 저탄소 핵융합 전력을 제공하는 임무를 수행하는 데 도움이 됩니다."