[Worldkings] Top 50 trường Đại học có công trình nghiên cứu đổi mới sáng tạo (P. 14) Đại học Oxford (Anh): Cải tiến mới dựa trên sợi sapphire giúp giảm thiểu khí thải

12-01-2023

(Kyluc.vn - Worldkings.org) Các nhà nghiên cứu của Đại học Oxford đã phát triển một cảm biến làm bằng sợi sapphire có thể chịu được nhiệt độ khắc nghiệt, với khả năng cho phép cải thiện đáng kể hiệu quả và giảm phát thải trong hàng không vũ trụ và sản xuất điện.

Công trình được công bố trên tạp chí Optics Express, sử dụng sợi quang sapphire - một sợi sapphire phát triển theo hướng công nghiệp dày chưa đến nửa milimet - có thể chịu được nhiệt độ trên 2000°C. Khi ánh sáng được chiếu vào một đầu của sợi sapphire, một số được phản xạ trở lại từ một điểm dọc theo sợi đã được điều chỉnh để nhạy với nhiệt độ (được gọi là cách tử Bragg). Bước sóng (màu) của ánh sáng phản xạ này là thước đo nhiệt độ tại điểm đó.

Nghiên cứu giải quyết một vấn đề đã tồn tại 20 năm với các cảm biến hiện có, đó là trong khi sợi sapphire có vẻ rất mỏng, thì nó lại rất lớn so với bước sóng ánh sáng. Điều này có nghĩa là ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau dọc theo sợi sapphire, dẫn đến nhiều bước sóng khác nhau bị phản xạ cùng một lúc. Các nhà nghiên cứu đã khắc phục vấn đề này bằng cách viết một kênh dọc theo chiều dài của sợi quang, sao cho ánh sáng được chứa trong một mặt cắt nhỏ, đường kính một phần trăm milimét. Với phương pháp này, họ có thể tạo ra một cảm biến phản xạ phần lớn một bước sóng ánh sáng.

Sự chứng minh ban đầu là trên một sợi sapphire ngắn dài 1 cm, nhưng các nhà nghiên cứu dự đoán rằng chiều dài lên đến vài mét sẽ có thể thực hiện được, với một số cảm biến riêng biệt dọc theo chiều dài này. Ví dụ, điều này sẽ cho phép thực hiện các phép đo nhiệt độ trong toàn bộ động cơ phản lực. Sử dụng dữ liệu này để điều chỉnh các điều kiện của động cơ trong chuyến bay có khả năng giảm đáng kể lượng khí thải nitơ oxit và nâng cao hiệu suất tổng thể, giảm tác động đến môi trường. Khả năng chống bức xạ của sapphire cũng mang lại các ứng dụng trong ngành công nghiệp vũ trụ và năng lượng nhiệt hạch.

 

Thành viên nhóm nghiên cứu, Tiến sĩ Mohan Wang, Khoa Khoa học Kỹ thuật, Đại học Oxford cho biết: 'Các cảm biến được chế tạo bằng cách sử dụng tia laser công suất cao với các xung cực ngắn và một trở ngại đáng kể là ngăn không cho sapphire bị nứt trong quá trình này.'

Công trình này là một phần của khoản tài trợ học bổng EPSRC trị giá 1,2 triệu bảng do Tiến sĩ Julian Fells tại Khoa Khoa học Kỹ thuật của Đại học Oxford nắm giữ và được thực hiện với sự hợp tác của Rolls-Royce, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh (Ứng dụng từ xa trong Môi trường đầy thách thức -- RACE), Đại học Cranfield, Halliburton và MDA Space và Robotics.

Mark Jefferies, Trưởng phòng Liên lạc Nghiên cứu Đại học tại Rolls-Royce plc cho biết: 'Đây là một tin thú vị và là một thành tựu khoa học quan trọng khác có được từ mối quan hệ đối tác lâu dài của chúng tôi với Đại học Oxford. Nghiên cứu cơ bản này kịp thời có thể cho phép đo nhiệt độ đa điểm hiệu quả và chính xác hơn trong môi trường khắc nghiệt, cải thiện khả năng kiểm soát, hiệu quả và an toàn. Chúng tôi mong muốn được hợp tác với Đại học Oxford để khám phá tiềm năng của nó.'

Rob Skilton, Trưởng phòng Nghiên cứu tại RACE, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh cho biết: 'Những sợi quang sapphire này sẽ có nhiều ứng dụng tiềm năng khác nhau trong môi trường khắc nghiệt của nhà máy điện năng lượng nhiệt hạch. Công nghệ này có khả năng tăng đáng kể khả năng của các hệ thống bảo trì rô-bốt và cảm biến trong tương lai trong lĩnh vực này, giúp UKAEA thực hiện sứ mệnh cung cấp năng lượng nhiệt hạch carbon thấp, an toàn, bền vững cho lưới điện.'

Tiến sĩ Fells, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: 'Chúng tôi rất biết ơn Hội đồng nghiên cứu khoa học vật lý và kỹ thuật Vương quốc Anh (EPSRC) đã hỗ trợ công việc này và những người đánh giá đã nhìn thấy tiềm năng cho công việc đầy thách thức mà chúng tôi đề xuất. Chúng tôi hiện đang làm việc với các đối tác của mình để phát triển hơn nữa công nghệ đến mức có thể tích hợp nó vào cơ sở hạ tầng phù hợp.'

 

Theo Liên minh Kỷ lục Thế Giới (Worldkings.org)


Kim Ngân - Vietkings (sưu tầm và biên dịch) (nguồn ảnh: internet)