改變溫度成像？研究人員正著力研發納米溫度計

　　【儀表網 儀表研發】自然界中的一切物體，無論是北極冰川，還是火焰、人體，甚至極寒冷的宇宙深空，只要它們的溫度高于零度-273℃，都會有紅外輻射，這是由于物體內部分子熱運動的結果。其輻射能量正比于自身溫度的四次方成正比，輻射出的波長與其溫度成反比。紅外成像技術就是根據探測到的物體的輻射能量的高低。經系統處理轉變為目標物體的熱圖像，以灰度級或偽彩色顯示出來，即得到被測目標的溫度分布從而判斷物體所處的狀態。因此探測物體發射的熱量的高低是紅外熱成像技術的與生俱來的基因。
 

　　熱成像是通過非接觸探測紅外能量(熱量)，并將其轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對溫度值進行計算的一種檢測設備。
 

　　近日，筆者了解到，美國國家標準與技術研究院(NIST)正在進行一項新項目(《磁性粒子成像雜志》，“用于納米級測溫的膠體磁性粒子的設計和工程”)。
 

　　NIST的研究人員正處于大規模設計和建造微型超靈敏溫度計的初期。如果他們成功了，他們的系統將是第一個以不透明的3D體積在微觀尺度上實時測量溫度的系統-其中可能包括醫療植入物，冰箱甚至人體。
 

　　該項目稱為熱磁成像與控制(Thermal MagIC)，研究人員說，它可能會改變許多領域的溫度測量，例如生物學、醫學、化學合成、制冷、汽車工業、塑料生產等等。“溫度在任何地方都起著相當大的作用。 NIST的物理學家辛迪·丹尼斯(Cindi Dennis)說道，“關鍵的作用到處都是。”
 

　　此外，我們要知道，無論是客廳中的恒溫器，還是科學家用于實驗室測量的高精度標準儀器，當今使用的大多數溫度計只能測量相對較大的區域-宏觀而非微觀。這些傳統的溫度計也是侵入式的，需要傳感器穿透被測系統并通過笨重的電線連接至讀數系統。
 

　　紅外溫度計，例如許多醫生辦公室使用的額頭儀器，具有較低的侵入性。但是它們仍然僅進行宏觀測量，看不到表面下方。
 

　　Dennis說，Thermal MagIC應該讓科學家們克服這兩個限制。
 

　　工程師們可以使用Thermal MagIC研究微觀尺度上不同冷卻劑之間的傳熱過程，這有助于他們尋求更便宜，耗能更少的制冷系統。
 

　　NIST團隊現在已經完成了為這個獨特項目建造定制化實驗室空間的工作，并且已經開始了實驗的第一個主要階段。
 

　　Thermal MagIC將通過使用磁性信號隨溫度變化的納米尺寸物體來工作。這些物體將被摻入正在研究的液體或固體中-熔化的塑料可用作人工關節置換的一部分，或者液體冷卻劑通過冰箱再循環。然后，一個遙感系統將拾取這些磁信號，這意味著正在研究的系統將沒有電線或其他笨重的外部物體。
 

　　他們計劃使用進的技術來增強信號。例如，伍茲可以使用超導量子干擾設備(SQUID)，測量磁場中非常細微變化的低溫傳感器，或者使用原子磁力計來檢測外部磁場如何改變原子的能級。伍茲正在研究適合使用哪種方法，以及如何將它們集成到檢測系統中。
 

　　該項目的后一部分是確保測量結果可溯源到NIST物理學家Wes Tew領導的SI。這將涉及在標準儀器同時測量的不同溫度下測量納米溫度計的磁信號。