Termografía de Profundidad: Medición Precisa de Temperatura Interna para Materiales 3D

Ingenieros han determinado remotamente la temperatura debajo de la superficie de ciertos materiales usando una nueva técnica llamada termografía de profundidad. El método puede ser útil en aplicaciones donde los sensores de temperatura tradicionales no funcionan, como monitorear rendimiento de semiconductores o reactores nucleares de próxima generación.

Muchos sensores de temperatura miden radiación térmica, la mayor parte en el espectro infrarrojo, que sale de la superficie de un objeto. Cuanto más caliente el objeto, más radiación emite, que es la base para dispositivos como cámaras de imagen térmica. La termografía de profundidad, sin embargo, va más allá de la superficie y funciona con una cierta clase de materiales que son parcialmente transparentes a la radiación infrarroja.

Los investigadores pueden medir el espectro de radiación térmica emitida del objeto y usar un algoritmo sofisticado para inferir la temperatura, no solo en la superficie sino también debajo de la superficie —decenas a cientos de micrones dentro.

Para el proyecto, el equipo calentó un trozo de sílice fundida (un tipo de vidrio) y lo analizaron usando un espectrómetro. Luego midieron lecturas de temperatura de varias profundidades de la muestra usando herramientas computacionales que desarrollaron previamente en las que se midió la radiación térmica emitida por objetos compuestos de múltiples materiales. Trabajando hacia atrás, usaron el algoritmo para determinar el gradiente de temperatura que mejor se ajustaba a los resultados experimentales.

Este esfuerzo particular fue una prueba de concepto. En trabajo futuro, el equipo espera aplicar la técnica a materiales multicapa más complicados y aplicar técnicas de aprendizaje automático para mejorar el proceso. Eventualmente, quieren usar termografía de profundidad para medir dispositivos semiconductores y obtener insights en sus distribuciones de temperatura mientras operan.

Este tipo de perfilado de temperatura 3D también podría usarse para medir y mapear nubes de gases y líquidos de alta temperatura; por ejemplo, en reactores nucleares de sal fundida donde es importante conocer la temperatura de la sal a lo largo del volumen sin tener que usar sondas de temperatura que pueden no sobrevivir a 700 °C.